Оборудование, материалы, газы
  Поиск
пл. Морской славы д.1 Тел.:  (812) 435 50 50


На главную Контакты Карта сайта

  















Технология сварки цветных металлов и сплавов на их основе

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10
 
Show as multiple pages

Алюминий и его сплавы

Для алюминия и его сплавов используют все виды сварки плавлени­ем. Наибольшее применение нашли автоматическая и полуавтоматиче­ская дуговая сварка неплавящимся и плавящимся электродом в среде инертных защитных газов, автоматическая дуговая сварка с использова­нием флюса (открытой и закрытой дугой), электрошлаковая сварка, руч­ная дуговая сварка плавящимся электродом, электронно-лучевая сварка.

Дуговую сварку в среде инертных газов осуществляют неплавящимися (вольфрамовыми чистыми, лантанированными и иттрированными) и плавящимися электродами. Используемые инертные газы: аргон выс­шего и первого сорта по ГОСТ 10157-79, гелий повышенной чистоты, смесь аргона с гелием. Выбор конкретного способа сварки определяется конструкцией изделия и условиями производства.

Сварка неплавящимся электродом диаметром 2 ... 6 мм использует­ся для узлов с толщиной стенки до 12 мм. Толщины 3 мм сваривают за один проход на стальной подкладке, толщины 4 ... 6 мм - за два прохода (по проходу с каждой стороны), более 6 мм - за несколько проходов с предварительной разделкой кромок (V- или Х-образной). Присадочный металл выбирают в зависимости от марки сплава: для технического алю­миния - проволоку марок АО, АД или АК, для сплавов типа АМг - про­волоки той же марки, но с увеличенным (на 1 ... 1,5 %) содержанием магния для компенсации его угара. Диаметр проволок 2 ... 5 мм.

Ручную дуговую сварку вольфрамовым электродом ведут на специ­ально для этого разработанных установках типа УДГ. При других усло­виях питание дуги при сварке неплавящимся электродом может осущест­вляться от других источников переменного тока. Использование источ­ников переменного тока связано с тем, что при сварке постоянным током обратной полярности допустим сварочный ток небольшой величины из-за возможного расплавления электрода, а при сварке постоянным током прямой полярности не происходит удаления окисной пленки с поверхно­сти алюминия. Расход аргона составляет 6 ... 15 л/мин. При переходе на гелий расход газа увеличивается примерно в 2 раза. Напряжение дуги при сварке в аргоне 15 ... 20 В, а в гелии 25 ... 30 В. Рекомендуемые режимы сварки приведены в табл. 1.

Табл. 1 Рекомендуемые режимы сварки вольфрамовым электродом

Толщина металла Диаметр, мм Сила тока, А
Толщина металла Диаметр, мм Сила тока, А Толщина металла
1 ... 2 4 ... 6 2 3 1 ... 2 2 ... 3 50 ... 70 100 ... 130 30 ... 40 60 ... 90
4 ... 6 4 3 160 ... 180 110 ... 130
6 ... 10 5 3 ... 4 220 ... 300 160 ... 240
11 ... 15 6 4 280 ... 360 220 ... 300

При выполнении швов на алюминии вручную особое внимание уде­ляется технике сварки. Угол между присадочной проволокой и электро­дом должен быть примерно 90°. Присадка подается короткими возврат­но-поступательными движениями. Недопустимы поперечные колебания вольфрамового электрода. Длина дуги 1,5 ... 2,5 мм. Вылет электрода от торца наконечника горелки 1 ... 1,5 мм. Сварку ведут обычно справа на­лево ("левый" способ), чтобы снизить перегрев свариваемого металла. При автоматической сварке вольфрамовым электродом качество и свой­ства шва по его длине более стабильны, чем при ручной сварке.

Производительность сварки вольфрамовым электродом можно по­высить в 3 ... 5 раз, если использовать трехфазную дугу (рис. 1). Бла­годаря более интенсивному прогреву за один проход на подкладке свари­вают листы толщиной до 30 мм. Сварку осуществляют как ручным, так и механизированным способом (табл. 2).

Сварку плавящимся электродом выполняют полуавтоматом или авто­матом в чистом аргоне либо в смеси из аргона и гелия (до 70 % Не) на посто­янном токе обратной полярности проволокой диаметром 1,5 ... 2,5 мм. Ре­жимы сварки плавящимся электродом сплавов типа АМг приведены в табл. 3.

При использовании газовой смеси (30 % Аr и 70 % Не) увеличива­ются ширина и глубина провара и улучшается форма шва.


Рис. 1 Схема сварки трехфазной дугой (a) и поперечное сечение сварного шва (б): 1 - сопло; 2,3 - электроды; 4 - изделие

Для обеспечения большей устойчивости процесса переноса капель с плавящегося электрода, особенно при сварке в различных пространст­венных положениях, используют наложение на основной сварочный ток импульсов тока заданных параметров с частотой 50 ... 100 Гц.

Табл. 2 Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки алюминия трехфазной дугой

Толщина металла, мм Способ сварки Диаметр, мм vсв, м/ч (vсв103,м/с) Iсв, А Примечание
вольфр. электродов присад. проволоки
2 Ручная 1,5 ... 2 2 ... 3 10 ... 12 (2,8 ... 3,3) 60 Сварка на весу    
6 Ручная 3 3 8 ... 12 (2,2 ... 3,3) 150
10 Мех. 8 2 28 ... 30 (7,8 ... 8,4) 390 ... 430 Сварка без разделки кромок на подкладке
20 Мех. 10 2,5 7 ... 8 (1,8 ... 2,2) 520 ... 550
30 Мех. 10 2,5 4 ... 6 (1,1 ... 1,7) 620 ... 650

Табл. 3 Рекомендуемые режимы сварки плавящимся электродом в защитных газах алюминиевых сплавов типа АМг

Толщина металла, мм
Тип разделки
Число проходов
Диаметр электро­да, мм
Первый проход
Последующие проходы

сила тока, А

напря­жение, В

скорость сварки,

м/ч

сила тока, А

напря­жение, В
скорость сварки,
м/ч
10
 
15
 
25
 
40
 
50
-
 
V-образный
 
Тоже
 
Х-образный
 
Тоже
2
 
4
 
8
 
20
 
15
2
 
2
 
2,5
 
2
 
2,5
250 ... 300
 
250 ... 300
 
400 ... 440
 
280
 
400
22 ... 24
 
24 ... 26
 
26 ... 28
 
25 ... 27
 
24 ... 26
20 ...25
 
20 ...25
 
40 ...45
 
35
 
16
370 ... 390
 
370 ... 390
 
400 ... 440
 
370 ... 390
 
420 ... 440
28 ... 30
 
28 ... 30
 
27 ... 29
 
27 ... 29
 
26 ... 28
20
 
20
 
15 ...20
 
27
 
23

Примечание. Расход аргона 15 ... 20 л/мин.

При сварке листов малых толщин хорошие результаты по формиро­ванию сварного соединения получают при микроплазменной сварке. При этом аргон является плазмообразующим газом, а гелий - защитным. Ге­лий выполняет две функции: охлаждает периферийные слои плазмы и защищает жидкий металл сварочной ванны от воздействия воздуха.

Автоматическая сварка алюминия и его ставов с применением флюсов реализуется в двух вариантах: сварка по флюсу полуоткрытой дугой и сварка под флюсом закрытой дугой.

Сварку по флюсу применяют при производстве сосудов из алюми­ния и сплавов типа АМц с использованием фторидно-хлоридных флюсов. Сварка по флюсу ведется вследствие высокой электропроводности данных флюсов даже в нерасплавленном состоянии, а поэтому возможно шунтирование дуги и нарушение стабильности ее горения. Благодаря высокой концентрации энергии при сварке алюминия по флюсу достигается глубокое проплавление основного металла.


При равных токах глубина проплавления алюминия в 2 ... 3 раза вы­ше, чем стали. Для технического алюминия применяют флюс АН-А1, а для сплавов - другие флюсы, не содержащие NaCl, так как в случае загрязне­ния металла шва восстановленным натрием ухудшается его пластичность. Толщина слоя насыпанного флюса обычно составляет 7 ... 16 мм, а шири­на 25 ... 45 мм в зависимости от толщины свариваемого металла. Сварка ведется на постоянном токе обратной полярности одинарным (табл. 4) или сдвоенным (расщепленным) электродом на стальной формирующей подкладке.

Табл. 4 Режимы однопроходной сварки по слою флюса одиночным электродом на формирующей подкладке

Толщина
металла, мм

Диаметр электродной проволоки, мм

Плотность тока,
А/мм2
Напряжение дуги, В
Скорость сварки, м/ч
4
8
1,0
1,5
130 ... 150
100 ... 120
27 ... 30
29 ... 32
24 ... 26
20 ... 22
12
16
20
25
2,0
2,5
3,0
3,5 ... 4,0
100 ... 110
75 ... 90
70 ... 75
30 ... 40
35 ... 37
38 ... 40
39 ... 41
40 ... 42
18 ... 19
16 ... 17
14 ... 15
12 ... 13

Сварочные алюминиевые проволоки обладают небольшой жестко­стью и вследствие значительных колебаний конца проволоки при сварке могут возникнуть непровары. Использование сдвоенных проволок позво­ляет увеличить размеры сварочной ванны, время пребывания в жидком состоянии, улучшить условия для дегазации сварочной ванны и умень­шить пористость.

В конструкцию тракторов для автоматической сварки по флюсу вносят специальные бункеры с дозаторами флюса, подающие механизмы тянущего типа, специальные водоохлаждаемые мундштуки, газоотсасывающее устройство. Основные преимущества сварки по флюсу: высокие производительность и экономичность по сравнению с другими способа­ми, меньшее коробление конструкции. Недостаток - необходимость уда­ления шлака после сварки.

Автоматическую сварку под флюсом ведут на больших плотностях тока расщепленным электродом переменным или постоянным обратной полярности током. Применяют керамические флюсы ЖА-64 и ЖА-64А. При этом предъявляются повышенные требования к вентиляционным системам для удаления паров флюса.

Электрошлаковую сварку алюминия и его сплавов осуществляют для толщин металла 50 ... 250 мм. Сварку ведут на переменном токе пла­стинчатыми электродами или плавящимися мундштуками. Применяют флюсы АН-301, АН-302 на основе галогенидов щелочных и щелочнозе­мельных металлов. Формирование шва осуществляют медными водоохлаждаемыми или графитовыми кристаллизаторами. Плотность тока в электроде около 2,5 А/мм2, скорость сварки 6 ... 8 м/ч. Прочность свар­ных соединений составляет 80 ... 100 % прочности основного металла. Технико-экономическая эффективность данного способа сварки возрас­тает с увеличением толщины свариваемых изделий.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами выполняется для изделий из технического алюминия, алюминиево-марганцевых и алюминиево-магниевых (с содержанием магния до 5 %) сплавов, силуминов при толщине металла более 4 мм. Можно сваривать металл толщиной до 20 мм без разделки кромок, но рекомендуется производить разделку с толщин 10 мм.

Наиболее применяемый тип соединения - стыковое. Соединения внахлестку и тавровые не рекомендуют, так как возможно затекание шлака в зазоры, откуда его сложно удалить при промывке. Остатки шла­ка могут вызвать коррозию.

При сварке необходим подогрев до 100 ... 400 °С в зависимости от толщины деталей. Диаметр электродов d = 4 ... 8 мм. Стержень электрода изготовляют из проволок состава, близкого к составу основного металла. Для сплавов типа АМг берут проволоку с увеличенным на 2 % содержа­нием магния для компенсации его угара при сварке.

Основу покрытия составляют криолит, хлористые и фтористые соли натрия и калия. Ток постоянный обратной полярности. При сварке алюминиевый элек­трод расплавляется в 2 ... 3 раза быстрее стального. Покрытия электро­дов имеют значительное электрическое сопротивление. При обрывах ду­ги кратер и конец электрода покрываются пленкой шлака, препятствую­щей ее повторному зажиганию. Поэтому сварку рекомендуют выполнять на высоких скоростях, без колебания конца электрода, непрерывно в пре­делах одного электрода.

При выполнении многослойных швов перед наложением каждого слоя требуется тщательная зачистка от шлака и окислов. Получаемые сварные соединения обладают удовлетворительными механическими свойствами.

Ручная дуговая сварка угольными электродами производится только для неответственных конструкций из алюминия. Сварку производят постоянным током прямой полярности. Диаметр угольного электрода dэ = 10 ... 20 мм. Конец угольного электрода затачивают на конус под углом 60°. Металл толщи­ной до 2,5 мм сваривают без разделки кромок, а свыше - с разделкой (угол разделки 70 ... 90°). Используют присадочный пруток диаметром 2 ... 5 мм. Предварительно на присадочный пруток наносят слой флюса многократным окунанием в водный раствор флюса (смеси фторидно-хлоридных солей) или флюс наносят в виде пасты на свариваемые кромки.


Газовая сварка алюминия ведется с использованием ацетилена и реже с использованием пропан-бутановой смеси и метана. Сварка ведется нормальным пламенем при незначительном избытке ацетилена. При вы­боре горелки исходят из расхода примерно 100 л/ч ацетилена на 1 мм толщины основного металла. Номер наконечника выбирают в зависимо­сти от толщины свариваемых заготовок. Диаметр присадочного прутка 1,5 ... 5,5 мм в зависимости от толщины свариваемых заготовок.

Наиболее распространенный флюс АФ-4А наносится на присадоч­ный пруток или свариваемые кромки. При толщине заготовок до 4 мм разделку кромок не выполняют, а свыше 4 мм - рекомендуется выпол­нять. При толщине листов более 8 мм производят общий или местный подогрев. Сварку выполняют "левым" способом. После сварки швы про­мывают для удаления флюсов теплой или подкисленной (2 %-ный рас­твор хромовой кислоты) водой.

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) является эффективным способом соединения заготовок из алюминиевых сплавов. По сравнению с другими способами этот способ позволяет производить сварку при высокой плот­ности теплового потока, минимальных тепловложениях, высоких скоро­стях и получать минимальное разупрочнение металла в зоне термическо­го влияния, плотные качественные швы, минимальные деформации кон­струкций.

Разрушение окисной пленки при электронно-лучевой сварке идет за счет воздействия на пленку паров металла и за счет разложения окиси алюминия в вакууме с образованием газообразной субокиси алюминия А1О. Вакуум способствует удалению водорода из шва.

Магний и его сплавы

Сварку магниевых сплавов в основном осуществляют вольфрамо­вым лантанированным или иттрированным электродом в аргоне (иногда в гелии) на переменном токе. Инертный газ аргон обеспечивает хорошую защиту сварочной ванны от окружающей атмосферы, а переменный ток способствует разрушению окисной пленки в периоды обратной полярно­сти вследствие катодного распыления. Для предотвращения попадания в металл окисной пленки с корня шва сварку ведут с полным проплавлением кромок на подкладках из металлов с малой теплопроводностью (аустенитные стали). С этой позиции менее технологичны нахлесточные, тавровые и угловые соединения. Наилучшие защита зоны сварки и эффект катодного распыления обеспечиваются при малой длине дуги (1 ... 1,5 мм). Ориентировочные режимы сварки вольфрамовым электро­дом приведены в табл. 5.

Для сварки металлов толщиной более 5 мм может быть использова­на сварка плавящимся электродом со струйным переносом электродного металла на повышенных токах. Сварку плавящимся электродом осущест­вляют от источников постоянного тока на обратной полярности. Сварка магниевых сплавов плавящимся электродом осуществляется за один про­ход при толщинах до 5 мм без разделки кромок, толщинах 10 ... 20 мм -с V-образной разделкой с углом раскрытия 50 ... 60° и притуплением 2 ... 6 мм, при толщинах больше 20 мм - Х-образной разделкой.

Табл. 5 Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом магниевых сплавов

Соединение Толщина листов, мм Сварочный ток /св, А Скорость сварки, м/ч Присадочная проволока Расход аргона, л/мин

d, мм

Vпод, м/ч

Механизированная сварка

В стык, без разделки, один проход

 
2 165 ... 175 24 2,0 120 12 ... 14
3 180 ... 200 20 2,5 95 ... 100 14 ... 16
6 280 ... 290 18 2,5 90 ... 100 16 ... 18

Ручная сварка

  2 100 ... 105 - 2,5 - 12 ... 14
3 180 ... 190 - 2,5 - 12 ... 14

Встык, с разделкой, три прохода

6 200 ... 220 - 4,0 - 16 ... 18
Примечание. Для толщин более 10 мм целесообразно использовать трехфазную сварку.

Медь и ее сплавы

Для сварки меди и ее сплавов могут быть применены все основные способы сварки плавлением. Наибольшее применение нашли дуговая сварка в защитных газах, ручная дуговая сварка покрытыми электродами, механизированная дуговая сварка под флюсом, газовая сварка, электрон­но-лучевая сварка.

Сварка в защитных газах позволяет получить сварные соединения с наиболее высокими механическими и коррозионными свойствами благодаря минимальному содержанию примесей. В качестве защитных газов используют азот особой чистоты, аргон высшего сорта, гелий выс­шей категории качества, а также их смеси (например, (70 .... 80) % Аr + (20 ... 30) % N2 для экономии аргона и увеличения глубины проплавления). При сварке в среде азота эффективный и термический КПД дуги выше, чем при сварке в среде аргона и гелия, но ниже устойчивость горе­ния дуги.


Табл. 6 Выбор диаметра вольфрамового электрода и присадки

Толщина заготовки, мм 1 ... 1,5 2 ... 3 4 ... 6 7 ... 10 11 ... 16 >16
Диаметр электрода, мм 1,6 ... 2 3 ... 4 4 ... 5 4 ... 5 5 ... 6 6
Диаметр присадочной проволоки, мм 2 3 4 5 5 ... 6 6

При сварке в защитных газах в качестве неплавящегося электрода используют лантанированные или иттрированные вольфрамовые элек­троды диаметром до 6 мм. В качестве присадочного материала исполь­зуют проволоку из меди и ее сплавов, по составу близкую к основному металлу, но с повышенным содержанием раскислителей (МРЗТЦрБ 0,1-0,1-0,1-0,1; БрХНТ; БрКМц 3-1; БрХ 0,7). При сварке в азоте для улучшения качества сварного шва дополнительно применяют флюс на борной основе, который наносят на присадочную проволоку или в канав­ку подкладки. Выбор диаметров электрода и присадки зависит от толщи­ны свариваемых заготовок (табл. 6).

Сварку вольфрамовым электродом ведут на постоянном токе пря­мой полярности. При сварке в среде азота или в смеси азота с гелием сва­рочный ток уменьшают, а напряжение повышают (табл. 7). При тол­щинах более 4 ... 5 мм рекомендуется подогрев до 300 ... 600 °С.

Табл. 7 Рекомендуемые режимы сварки меди вольфрамовым электродом (стыковые соединения на медной водоохлаждаемой подкладке или флюсовой подушке)

Толщина металла, мм Зазор между кромками, мм Ток, А Напряжение, В Скорость сварки, м/ч Температура подогрева, °С Расход газа, л/мин
В среде аргона
2 0 ... 0,5 100 ... 120 10 ... 14 25 ... 30 нет 10 ... 12
4 1,0 ... 1,5 380 ... 400 12 ... 16 30 ... 35 300 ... 400 12 ... 14
В среде азота
2 0 ... 0,5 70 ... 90 20 ... 24 20 ... 22 нет 16 ... 18
4 1,0 ... 1,5 180 ... 200 24 ... 28 18 ... 20 нет 18 ... 20
10 1,0 ... 1,5 400 ... 420 31 ... 36 12 ... 14 400 ... 600 22 ... 24

При сварке плавящимся электродом используют постоянный ток об­ратной полярности. Широкое распространение для меди при толщинах более 4 мм получила многослойная полуавтоматическая сварка проволокой малого диаметра (1 ... 2 мм). Режимы сварки: сварочный ток 150 ... 200 А для про­волоки диаметром 1 мм и 300 ... 450 А для проволоки диаметром 2 мм, напряжение дуги 22 ... 26 В, скорость сварки зависит от сечения шва. Температура подогрева 200 ... 300 °С.

Для латуней, бронз и медно-никелевых сплавов предпочтительнее сварка неплавящимся электродом, так как в этом случае меньше испаре­ние цинка, олова и других элементов. Предварительный подогрев для медных сплавов требуется при толщинах более 12 мм.

Ручная дуговая сварка меди и ее сплавов покрытыми электродами выполняется на постоянном токе обратной полярности (табл. 8). Медные листы толщиной до 4 мм сваривают без разделки кромок, до 10 мм с односторонней разделкой при угле скоса 60 ... 70° и притупле­нии 1,5 ... 3 мм, более 10 мм - с Х-образной разделкой кромок. Для свар­ки меди используют электроды с покрытием "Комсомолец-100", АНЦ/ОЗМ-2, АНЦ/ОЗМ-3, ЗТ, АНЦ-3.

Сварку ведут короткой дугой с возвратно-поступательным движени­ем электродов без поперечных колебаний. Удлинение дуги ухудшает формирование шва, увеличивает разбрызгивание, снижает механические свойства сварного соединения. Предварительный подогрев делают при толщине 5 ... 8 мм до 200 ... 300 °С, а при толщине 24 мм - до 800 °С. Теплопроводность и электропроводность металла шва резко снижаются при сохранении высоких механических свойств. Для сварки латуней, бронз и медно-никелевых сплавов применяют электроды ММЗ-2, Бр1/ЛИВТ, ЦБ-1, МН-4 и др.


Табл. 8 Ориентировочные режимы ручной однопроходной сварки меди покрытыми электродами

Толщина, мм Диаметр электрода, мм Ток дуги, А Напряжение, В
2 2 ... 3 100 ... 120 25 ... 27
4 4 ... 5 160 ... 200 25 ... 27
6 5 ... 7 260 ... 340 26 ... 28
10 6 ... 8 400 ... 420 28 ... 30

Рис. 2 Схема механизированной сварки меди угольным электродом под флюсом

Механизированную дуговую свар­ку под флюсом осуществляют уголь­ным (графитовым) электродом (рис. 2) и плавящимся электродом. Сварка угольным электродом выпол­няется на постоянном токе прямой полярности с использованием стан­дартных флюсов АН-348А, ОСЦ-45, АН-20. При сварке угольным элек­тродом кромки 1 собирают на графи­товой подкладке 2, поверх стыка на­кладывают полоску латуни 3, которая служит присадочным металлом. Дуга горит между угольным электродом 4, заточенным в виде плоской лопа­точки, и изделием под слоем флюса 5. Способ пригоден для сварки тол­щин до 10 мм. Диаметр электрода до 18 мм, сила тока до 1000 А, напря­жение дуги 18 ... 21 В, скорость сварки 6 ... 25 м/ч.

Механизированная сварка плавящимся электродом под плавлеными флюсами (АН-200, АН-348А, ОСЦ-45, АН-M1) выполняется на постоян­ном токе обратной полярности, а под керамическим флюсом ЖМ-1 и на переменном токе. Основным преимуществом этого способа сварки явля­ется возможность получения высоких механических свойств сварного соединения без предварительного подогрева. При сварке меди использу­ют сварочную проволоку диаметром 1,4 ... 5 мм из меди МБ, M1, бронзы БрКМц 3-1, БрОЦ 4-3 и т.д. За один проход можно сваривать без раздел­ки кромок толщины до 15 ... 20 мм, а при использовании сдвоенного (расщепленного) электрода - до 30 мм. При толщинах кромок более 15 мм рекомендуют делать V-образную разделку с углом раскрытия 90°, притуплением 2 ... 5 мм, без зазора. Флюс и графитовые подкладки перед сваркой должны быть прокалены. Для возбуждения дуги при сварке под флюсом проволоку закорачивают на изделие через медную обезжирен­ную стружку или пружину из медной проволоки диаметром 0,5 ... 0,8 мм. Начало и конец шва должны быть выведены на технологические планки. Режимы сварки приведены в табл. 9.

При сварке латуней применяют флюсы АН-20, ФЦ-10, МАТИ-53 и бронзовые БрКМцЗ-1, БрОЦ4-3 и латунные ЛК80-3 проволоки. Сварка ведется на низких значениях сварочного тока и напряжения для сниже­ния интенсивности испарения цинка. Бронзы под флюсом свариваются хорошо.

Табл. 9 Ориентировочные режимы автоматической сварки меди под флюсом (стыковое соединение, диаметр электродной проволоки 5 мм)

Толщина, мм Разделка кромок Сварочный ток, А Напряжение дуги, В Скорость сварки, м/ч (х103, м/с)
5 ... 6 Без разделки 500 ... 550 38 ... 42 45 ... 40
(12,6 ... 11,2)
10... 12     700 ... 800 40 ... 44 20 ... 15
(5,6 ... 4,2)
16 ...20     850 ... 1000 45 ... 50 12 ... 8 (3,4 ...2,2)
25 ...30 U-образная 1000 ... 1100 45 ... 50 8 ... 6 (2,2 ... 1,7)

Газовая сварка меди используется в ремонтных работах. Рекомен­дуют использовать ацетиленокислородную сварку, обеспечивающую наибольшую температуру ядра пламени. Для сварки меди и бронз ис­пользуют нормальное пламя, а для сварки латуней - окислительное (с целью уменьшения выгорания цинка). Сварочные флюсы для газовой сварки меди содержат соединения бора (борная кислота, бура, борный ангидрид), которые с закисью меди образуют легкоплавкую эвтектику и выводят ее в шлак. Флюсы наносят на обезжиренные сварочные кромки по 10 ... 12 мм на сторону и на присадочный металл. При сварке алюми­ниевых бронз надо вводить фториды и хлориды, растворяющие Аl2О3. При сварке меди используют присадочную проволоку из меди марок M1 и М2, а при сварке медных сплавов - сварочную проволоку такого же химического состава. При сварке латуней рекомендуют использовать проволоку из кремнистой латуни ЛК80-3. После сварки осуществляют проковку при подогреве до 300 ... 400 °С с последующим отжигом для получения мелкозернистой структуры и высоких пластических свойств.

При электрошлаковой сварке меди применяют легкоплавкие флюсы системы NaF-LiF-CaF2 (AHM-10). Режим электрошлаковой сварки: сва­рочный ток Iсв = 1800 ... 1000 А, напряжение U = 40 ... 50 В, скорость подачи пластинчатого электрода 12 ... 15 м/ч. Механические свойства шва мало отличаются от свойств основного металла.


Электронно-лучевая сварка меди эффективна при изготовлении электровакуумных приборов. Она обеспечивает сохранение высокой чис­тоты меди от примесей и получение мелкозернистой структуры.

 При соединении элементов из меди и ее сплавов больших толщин хорошие результаты дает плазменная сварка. Возможно производить сварку элементов толщиной до 60 мм за один проход. Применяют плаз­мотроны прямого действия. Для обеспечения хорошей защиты от атмо­сферного воздуха плазменную сварку иногда выполняют по слою флюса, а для создания мелкозернистой структуры используют порошковую про­волоку. Для сварки малых толщин до 0,5 мм эффективно используют микроплазменную сварку.

Никель и его сплавы

 Основным способом сварки никеля и его сплавов является дуговая сварка в среде защитных газов. Используются также способы сварки плавлением: ручная дуговая покрытыми электродами, автоматическая дуговая под слоем флюса, угольным электродом, газовая, электрошлако­вая, электронно-лучевая, лазерная.

Сварка в среде защитных газов никеля и его сплавов обеспечивает высокое качество сварных соединений, отвечающих эксплуатационным требованиям. Дуговую сварку вольфрамовым электродом выполняют на прямой полярности с применением аргона первого сорта и без присадоч­ного или с присадочным (чаще всего проволока НМц 2,5) металлом. Сварку рекомендуют проводить на медной подкладке или с защитой кор­ня шва аргоном, с соплами горелок, как при сварке титана. Сварку никеля осуществляют при минимально возможной длине дуги, повышенных си­ле тока и скорости сварки.

 При ручной сварке применяют "левый" способ. Наклон горелки к оси шва должен быть 45 ... 60° вылет вольфрамового электрода 12 ... 15 мм. Присадочный металл подают под углом 20 ... 30° к оси шва. При много­проходной сварке последующие швы необходимо накладывать после полного охлаждения, зачистки и обезжиривания предыдущих слоев. Швы, обращенные к агрессивной среде, выполняются в последнюю оче­редь. Начинать и заканчивать сварные швы необходимо на технологиче­ских планках. Для предотвращения образования трещин в кратере закан­чивают сварку с уменьшением сварочного тока. Режимы сварки никеля приведены в табл. 10.

Табл. 10 Ориентировочные режимы ручной аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом в среде аргона стыковых соединений никеля

Толщина металла, мм Разделка кромок Число проходов Диаметр, мм Сварочный ток, А Расход аргона, л/мин
электрода присадочной проволоки
2 Без разделки 1 1,5 ... 2,0 1,0 ... 1,5 70 ... 90 8 ... 10
4 2 2,0 ... 2,5 1,5 ... 2,0 80 ... 100
4 V-образная 2 2,0 ... 2,5 2,0 ... 2,5 80 ... 100 8 ... 10
6 3 2,5 ... 3,0 10 ... 12
10 4 2,5 ... 3 3,0 100 ... 120 10 ... 12
6 Х-образная 2 2,0 ... 2,5 2,5 ... 3,0 90 ... 120 10 ... 12
8 4     2,5 ... 3
10 100 ... 120

Ручную дуговую сварку покрытыми электродами для листов толщи­ной более 1,5 мм осуществляют на постоянном токе обратной полярно­сти. Для сварки никеля используют электроды "Прогресс-50" со стерж­нем из проволоки НШ и ОЗЛ-22 со стержнем НМцАТК 1-1,5-2,5-0,15. Толщины до 4 мм сваривают без разделки, а больше 4 мм с разделкой кромок (табл. 11). Рекомендуется по возможности вести сварку за 1 проход, а длинные швы выполнять отдельными участками.

Для предупреждения перегрева электрода и получения меньших оста­точных напряжений при сварке используют ток, пониженный по сравнению с током при сварке сталей и пониженную скорость сварки (табл. 12).

Сварку рекомендуют вести в нижнем положении короткой дугой для уменьшения угара стабилизирующих и раскисляющих элементов, содер­жащихся в электродной проволоке. Продольные колебания конца электро­да способствуют газоудалению и получению более плотных швов.


Табл. 11 Подготовка кромок при ручной сварке никеля и его сплавов покрытыми электродами

b, мм Эскиз подготовки кромок S, мм а, мм
2,0 ... 4,0   - 1,0 ... 2,0
4,0 ... 6,0 6,0 ... 12,0 0,5 ... 1,0 1,5 ... 2,0 1,5 ... 2,0 1,5 ... 3,0
8,0 ... 12,0 12,0 ... 20,0 1,5 ... 2,5 2,0 ... 3,0 1,5 ... 3,0 2,0 ... 4,0

Табл. 12 Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки покрытыми электродами никелевых сплавов

Толщина, мм Диаметр стержня электрода, мм Длина электрода, мм Сварочный ток, А
до 2 2 150 ... 200 30 ... 50
2 ... 3 2 ... 3 200 ... 250 40 ... 100
3 ... 5 3 ... 4 250 ... 300 80 ... 140
5 ... 8 4 300 90 ... 100
8 ... 12 4 ... 5 300 ... 400 100 ... 165

При автоматической дуговой сварке никеля и никелевых сплавов под флюсом требования по подготовке такие же, как при ручной дуговой сварке. Состав электродной проволоки подбирается близким к составу основного металла. Для сварки используют низкокремнистые основные или бескислородные фторидные флюсы ЖН-1, АНО-1, АНФ-22. Сварка производится на постоянном токе обратной полярности. Лучшие результаты получаются при использовании сварочных автоматов с зависимой от напряжения дуги подачей электродной проволоки. Ввиду нежелатель­ности перегрева основного металла сварку стремятся выполнять швами небольшого сечения. Используют электродные проволоки небольшого (2 ... 3 мм) диаметра. Из-за высокого электрического сопротивления электродных проволок и высокого коэффициента их расплавления вылет электрода уменьшают в 1,5 ... 2 раза по сравнению с вылетом электрода при сварке сталей. Получаемые сварные соединения обладают стабиль­ными и высокими показателями механических свойств.

Газовую сварку используют ограниченно для получения соединений на никеле и медно-никелевых сплавах. При ацетиленокислородной свар­ке устанавливается нормальное пламя, так как избыток кислорода или избыток ацетилена вызывают пористость, хрупкость металла шва. Для сварки никеля используют присадочную проволоку того же химического состава, что и основной металл, или с легированием небольшим количе­ством марганца, магния, кремния и титана. Чистый никель можно свари­вать без флюса, а сплавы - с флюсом, не содержащим бор. Показатели механических свойств сварных соединений из никеля, полученных газо­вой сваркой, существенно ниже показателей основного металла.

Титан и его сплавы

Из способов сварки плавлением для титана и его сплавов находят наибольшее применение следующие: дуговая сварка в среде инертных газов, под флюсом, электрошлаковая, электронно-лучевая.

Дуговая сварка в среде защитных газов может быть осуществлена неплавящимся лантанированным или иттрированным вольфрамовым электродом (механизированная и ручная) и плавящимся электродом (автоматическая, полуавтоматическая). Для защиты зоны сварки исполь­зуют аргон высшего сорта по ГОСТ 10157-79 и гелий высокой чистоты по ГОСТ 20461-75 или смеси этих газов.

Защиту металла сварного соединения в процессе сварки осуществ­ляют: 1) на воздухе со струйной подачей инертного газа ламинарным потоком из сопел со специальными насадками и подачей газа с обратной стороны шва через специальные подкладки; 2) путем использования ме­стных камер; 3) путем помещения всего узла в камеру с контролируемой атмосферой. Наиболее надежную защиту обеспечивают камеры с кон­тролируемой атмосферой и их применяют для изделий ответственного назначения.

Наибольшее распространение получила сварка вольфрамовым элек­тродом на воздухе. Сварку осуществляют на обычных установках для автоматической сварки в среде инертных газов неплавящимся электро­дом. На горелке закрепляют специальную насадку, размеры которой назначаются такими, чтобы защитить от воздуха требуемую изо­терму на основном металле. Для предотвращения окисления металла сварного соединения защищают изотермы в 250 ... 300 °С. Размеры изо­термы обычно определяют расчетным путем по формулам распростране­ния теплоты в металлах при сварке. Длина и ширина насадки должны соответствовать размерам изотермы.

Наилучшая защита осуществляется при создании ламинарного пото­ка инертного газа, для обеспечения которого в насадку закладывают сетчато-пористый материал. Для защиты обратной стороны шва используют специальные подкладки и насадки.

Приближенно о надежности газовой защиты можно судить по внеш­нему виду сварного соединения. Блестящая серебристая поверхность шва свидетельствует о хорошей защите и удовлетворительных свойствах шва. Желто-голубой цвет, серые налеты указывают на плохую защиту. Ориентировочные режимы автоматической сварки на постоянном токе прямой полярности приведены в табл. 13. Присадочный пруток подают при толщинах листов больше 1,5 мм.

Табл. 13 Режимы аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом, рекомендуемые для листов титана

Толщина металла, мм Диаметр, мм Сила тока, А Скорость сварки, м/ч
присадочного прутка электрода
0,3 ... 0,7 - 1,6 40 55
0,8 ... 1,2 - 1,6 60 ... 80 40 ... 50
1,5 ... 2,0 2,0 ... 2,5 2,0 80 ... 120 35 ... 40
2,5 ... 3,5 2,0 ... 2,5 3,0 150 ... 200 35 ... 40
Примечание. Подача аргона через горелку 13 ... 18 л/мин, с обратной стороны шва 2 ... 2,5 л/мин

Рис. 3 Формы проплавления при сварке титана

Рабочая часть вольфрамового электрода затачивается на конус под углом 30 ... 45°. Увеличение угла заточки уменьшает глубину проплавления. Для улучшения формирования шва при автоматической сварке с при­садочной проволокой и повышения стойкости электродов конус при­тупляют до диаметра 0,5 ... 0,8 мм. Это способствует расфокусировке дуги и более плавному переходу от основного металла к металлу шва (рис. 3) при сварке в аргоне, иначе необходимо наложение ган­тельных швов.

Ручная сварка вольфрамовым электродом ведется без колебатель­ных движений горелки углом вперед на короткой дуге. Угол между элек­тродом и присадкой поддерживается в 90°. При обрыве дуги и после окончания сварки аргон должен подаваться до тех пор, пока металл не охладится ниже 400 °С.

В качестве присадки применяют проволоки: ВТ1-00, ВТ2 - для α- и псевдо- α -сплавов, СПТ-2 - для (α + β)-сплавов и др.

Для повышения эффективности использования теплоты при сварке вольфрамовым электродом разработаны разновидности способа: импульсно-дуговая сварка, погруженной дугой, сквозным проплавлением, по флюсу, с присадочной порошковой проволокой, с магнитным переме­шиванием сварочной ванны, в щелевую разделку и др.

Импульсно-дуговая сварка позволяет в более широких пределах из­менять размеры сварного шва, уменьшать деформации конструкций, сни­жать уровень остаточных напряжений, уменьшать размеры кристаллитов и пористость в шве, уменьшать размеры зоны термического влияния.

При сварке погруженной дугой (кончик электрода находится ниже поверхности свариваемого металла) на больших токах возможно свари­вать за один проход без разделки кромок толщины до 15 мм. При сварке титановых сплавов сквозным проплавлением можно сваривать за один проход металл толщиной 12 мм.

Аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом по галогенидным флюсам, наносимым на кромки свариваемых деталей в виде пасты тон­ким слоем, благодаря увеличению проплавляющей способности дуги по­зволяет уменьшать сварочный ток, увеличивать глубину проплавления, изменять форму провара, лучше формировать обратный валик, умень­шать размеры зоны термического влияния, измельчать зерно, уменьшать возможность прожогов и пористость, уменьшать деформации конструк­ций и в итоге получать качественные сварные соединения с высокими механическими свойствами. Эти же преимущества проявляются и при сварке порошковой проволокой, в которую в качестве наполнителя вве­ден флюс.

При воздействии переменного и постоянного магнитных полей на процессы кристаллизации сварочной ванны удается измельчать кристал­литы в 1,5 раза, улучшать структуру, снижать пористость и химическую неоднородность металла шва. Сварка в щелевую разделку позволяет уменьшить расход дорогих материалов и повысить производительность.

Сварка плавящимся электродом применяется для различных типов соединений из титана и его сплавов при толщинах более 3 ... 4 мм в нижнем положении (табл. 14). Сварка ведется на постоянном токе об­ратной полярности.

При сварке в гелии выше напряжение дуги и швы получаются с более плавным переходом от выпуклости к основному металлу (рис. 3, в).

Табл. 14 Режимы сварки титана и его сплавов плавящимся электродом в защитных газах

Диаметр электрода, Мм Сила тока, А

Диапазон свариваемых встык листов (без разделки кромок), мм

Напря­жение, В Скорость сварки, м/ч Вылет электрода, мм Расход аргона, л/мин
Сварка в аргоне
0,6 ... 08 150 ... 250 4 ... 8 22 ... 24 30 ... 40 10 ... 14 20 ... 30
1,0 ... 1,2 280 ... 320 5 ... 10 24 ... 28 30 ... 40 17 ... 20 25 ... 35
1,6 ... 2,0 340 ... 520 8 ... 12 30. .. 34 20 ... 25 20 ... 25 35 ... 45
3,0 480 ... 750 14 ... 34 32 ... 34 18 ... 22 30 ... 35 40 ... 50
4,0 680 ... 980 16 ... 36 32 ... 36 16 ... 18 35 ... 40 50 ... 60
5,0 780 ... 1200 16 ... 36 34 ... 38 14 ... 16 40 ... 45 50 ... 60
0,6 ... 08 150 ... 250 4 ... 8 22 ... 24 30 ... 40 10 ... 14 20 ... 30
1,0 ... 1,2 280 ... 320 5 ... 10 24 ... 28 30 ... 40 17 ... 20 25 ... 35
1,6 ... 2,0 340 ... 520 8 ... 12 30. .. 34 20 ... 25 20 ... 25 35 ... 45
Сварка в гелии
0,6 ... 08 150 ... 250 4.6 28 ... 32 30 ... 40 10 ... 14 30 ... 40
1,0 ... 1,2 280 ... 320 4 ... 8 32 ... 36 30 ... 40 17 ... 20 35 ... 45
1,6 ... 2,0 340 ... 520 5 ... 10 38 ... 40 20 ... 25 20 ... 25 70 ... 90
3,0 480 ... 750 10 ... 28 42 ... 48 18 ...22 30 ... 35 80 ... 100
4,0 680 ... 980 12 ... 32 46 ... 50 16 ... 18 40 ... 50 100 ... 120
5,0 780 ... 1200 12 ... 32 46 ... 52 14 ... 16 45 ... 55 100 ... 120

Для сварки титана производят модернизацию существующего обо­рудования для сталей (автоматы типа АДС), уделяя особое внимание по­вышению скорости подачи сварочной проволоки и обеспечению полно­ценной защиты металла при сварке. Источники питания применяют с жесткой характеристикой.

С целью повышения эффективности сварки плавящимся электродом в среде инертных газов применяют предварительный подогрев сварочной проволоки проходящим током и импульсно-дуговую сварку. Полуавто­матическая импульсно-дуговая сварка титановых сплавов обеспечивает повышение производительности сварочных работ в 2 ... 3 раза при сни­жении погонной энергии сварки в 2 ... 2,5 раза.

При дуговой сварке механические свойства металла сварного шва и прочность соединения в целом зависят от марки титана, марки присадоч­ной проволоки, способов и режимов сварки и могут быть доведены до показателей основного металла. Титановые α-, псевдо-α- и (β-сплавы хо­рошо свариваются, малочувствительны к изменению термических циклов сварки и могут свариваться в широком диапазоне режимов. Сварные со­единения из низколегированных α-сплавов почти равнопрочны основно­му металлу. С повышением легирования различие в прочности и пла­стичности сварного соединения и основного металла возрастает. Для ста­билизации структуры и снятия остаточных напряжений применяют для α -сплавов послесварочный отжиг.

Двухфазные (α + β)- и псевдо-β-сплавы чувствительны к термиче­скому циклу сварки. При больших скоростях охлаждения в результате распада β-фазы в околошовной зоне сварного соединения образуются структуры, обладающие низкой пластичностью. Для получения опти­мального соотношения характеристик прочности и пластичности, а также повышения термической стабильности сварных соединений применяют после сварки полный отжиг или термомеханические виды обработки.

При сварке под флюсом и при электрошлаковой сварке применяют бескислородные флюсы серии АНТ системы CaF-BaCl2-NaF. Перед сваркой флюс высушивается при температуре 300 ... 400 °С, чтобы со­держание влаги не превышало 0,05 мас. %. Титан сваривают на обычном оборудовании на постоянном токе обратной полярности (табл. 15).

Электрошлаковая сварка эффективна при толщине деталей из титана более 40 мм (табл. 16). Для сварки используют бескислородные флюсы типа АНТ-2, АНТ-4. Поверхность шлаковой ванны защищают аргоном.

Табл. 15. Режимы сварки титана плавящимся электродом под флюсом АНТ-1 (скорость сварки 50 м/ч)

Толщина металла, мм Диаметр электрод­ной проволоки, мм Сила тока, А Напря­жение, В Скорость подачи проволоки, м/ч
Односторонняя сварка на остающейся подкладке
2 ... 2,5 2 190 ... 220 34 ... 36 167 ... 175
4 ... 4,5 2 300 ... 320 34 ... 38 221 ... 239
4... 5 3 310 ... 340 30 ... 32 95 ... 111
Двусторонняя сварка
8 3 310 ... 370 30 ... 32 135 ... 140
10 3 340 ... 360 30 ... 32 150 ... 155
12 3 350 ... 400 30 ... 32 160 ... 165
15 3 390 ... 420 30 ... 32 175 ... 180

Табл. 16 Режимы электрошлаковой сварки поковок из титана пластинчатым электродом (флюс АНТ-2, напряжение 16 ... 18 В)

Толщина металла, мм Зазор, мм Толщина пластинчатого электрода, мм Сила тока, А
30 ... 50 23 ... 25 8 ... 10 1200 ... 1600
50 ... 80 23 ... 25 8 ... 10 1600 ... 2000
80 ... 100 24 ... 26 10 ... 12 2000 ... 2400
100 ... 120 24 ... 26 10 ... 12 2400 ... 2800

Электронно-лучевую сварку применяют для толщин до 160 мм. В неко­торых случаях целесообразно использовать сварку с горизонтальным распо­ложением луча для предотвращения образования несплошностей и пор.

Фото дня

 

 

Яндекс.Погода