Основы сварочного дела

Сварка алюминия и его сплавов

Алюминий обладает малой плот­ностью, высокой тепло - и электро­проводностью. Применяется как в чистом виде, так и в виде сплавов с марганцем, медью, магнием и кремнием. Наибольшее применение по­лучили сплавы алюминия с марган­цем марки АМц, сплавы алюминия с магнием марок АМг и АМгб. Из алюминиевомагниевокремиистых сплавов применяются АВ, В92 и АД 33.

Поверхность алюминия и его сплавов покрыта тугоплавкой ок­сидной пленкой, плавящейся при тем­пературе 2050 °С. Эта пленка очень затрудняет сплавление основного и присадочного металлов, поэтому свариваемые кромки необходимо тщательно очистить механическим или чаще всего химическим способом. Следует иметь в виду, что при нагреве до 400...500 °С прочность алюминия резко падает и деталь может разрушиться даже под дейст­вием собственного веса.

Дуговую сварку строительных кон­струкций производят угольным или плавящимся электродом. При сварке угольным электродом присадочным материалом служат прутки из алюми­ния АО, А1 или сплавов АМц, АК - Наличие кремния в присадоч­ном материале повышает текучесть металла, снижает усадку и уменьшает опасность образования трещин в ме­талле шва. Сварку выполняют посто­янным током прямой полярности. Диаметр электрода выбирают в пре­делах 6... 15 мм в зависимости от тол­щины свариваемых кромок. Сва­рочный ток соответственно состав­ляет 150...500 А. Перед сваркой присадочный пруток и свариваемые кромки покрывают флюсом. При свар­ке плавящимся электродом при­меняют стержни из сварочной про­волоки СвА97, СвАМц, СвАК5 (ГОСТ 7871—75) или проволоки из сплава того же состава, что и свариваемый металл. Сварку произ­водят постоянным током обратной полярности возможно короткой дугой. Сварочный ток определяют из рас­чета 25...30 А на 1 мм диаметра электрода.

Для удаления оксидной пленки применяют флюс АФ-4А, содержа­щий 28% хлористого натрия, 50% хлористого калия, 14% хлористого лития и 8% фтористого натрия. При сварке металлическим электро­дом применяют различные покрытия, которые также в основном содержат хлористый натрий, хлористый калий, фтористый калий, фтористый натрий, криолит, сернокислый натрий, хлори­стый литий и др. В качестве связующего вещества применяют декстрин или густой раствор пова­ренной соли. Покрытие наносят на стержень электрода слоем толщи­ной 1... 1,2 мм. Листы толщиной до 3 мм сваривают с отбор - товкой, а при толщине металла

4.. .8 мм — без скоса кромок. Листы толщиной более 8 мм сваривают со скосом кромок с углом раскрытия 60—70°. Кромки листов толщиной бо­лее 8 мм перед сваркой нагревают до температуры 200...250 °С. После сварки швы тщательно очищают от шлаков и остатков флюса (промывка горячей водой, протирка щеткой и ветошью). Для более полной очистки применяют травление 5%-ным раст­вором азотной кислоты с после­дующей промывкой горячей водой и сушкой.

Автоматическую и полуавтомати­ческую сварку по флюсу применяют для листов и деталей с толщиной кромок более 8 мм. Применяют элек­тродную проволоку СвАМц диамет­ром 2...3 мм. Флюс АН-А1, состоящий из 20% хлористого натрия, 50% хло­ристого калия и 30% криолита, нано­сят на свариваемый шов слоем толщиной 10...35 мм. Сварку произ­водят постоянным током обратной полярности при напряжении дуги

38.. .44 В. Вылет электрода — 25...

40 мм. Ток составляет 300...450 А. Скорость сварки 12...20 м/ч.

Аргонодуговая сварка алюминия и его сплавов получила наиболь­шее распространение благодаря хоро­шим качествам сварного шва. При этом нет необходимости применять сложные флюсы и покрытия, остатки которых могут вызвать коррозию металла шва. Сварку производят постоянным током обратной полярно­сти или переменным током, но с обя­зательным применением осциллятора и балластного реостата. Ручную сварку выполняют вольфрамовым электродом на установках УДГ-300 и УДГ-500.

При толщине свариваемых кромок до 6 мм применяют электроды диамет­ром до 4 мм, а для кромок больших толщин — до 6 мм. Сва­рочный ток определяют из расчета

30.. .45 А на 1 мм диаметра электрода. Расход аргона составляет 6... 15 л/мин. Сварку производят при минимальной длине дуги (менее 2 мм). Это обеспечивает энергичное разру­шение оксидной пленки вследствие катодного распыления и улучшенную защиту зоны сварки аргоном. Сварку выполняют на специализированном автомате АДСВ-2.

Полуавтоматическую и автомати­ческую сварку в аргоне плавящимся электродом выполняют специальными шланговыми полуавтоматами и авто­матами. Сварку производят постоян­ным током обратной полярности. При­меняют сварочную проволоку марок СвА97, СвАМц, СвАК или того же состава, что и свариваемый металл. Металл толщиной до 10 мм сварива­ют без разделки кромок, при больших толщинах кромок применяют V - и Х-образные разделки шва. Свароч­ный ток при электродной проволоке диаметром 2,0 мм составляет 250... 300 А. Скорость сварки достигает 30... 40 м/ч.

Газовая сварка алюминия и его сплавов дает хорошие результаты при правильном выборе режима сварки и применении флюсов. Листы толщиной до 3 мм сваривают с от - бортовкой кромок на высоту при-

мерно утроенной толщины лжта. При толщине листов до 5 ми, сварку производят без скосе хромок с за­зором до 0,5 мм. Листы толщиной

5.. .15 мм сваривают с односторон­ним, а при большей толщине — с двусторонним скосом кромок. Уюд разделки составляет GO...70® Сварку нахлестанных соединений применять Не следует, тчк как флюс, затекающий а зазор между листами, вызывает коррозию и разрушение ні ва. Кромки соединения и присадочную проволоку очишэюг от оксидной пленки меха­нические п.. и химическим способом Механическую очистку производят обезжнри-зйньем в щелочном раст­воре с последующей очисткой метал лнческой. щеткой. Сварку следует вы­полнять нс позднее чем через 2 ч росле очистки. Хнмичегхую очистку производят в такой последователь­ности: кромки обезжиривают и про - гравливяют в 5%-неи растворе каустическом соды; затем і оеднняемые части промывают водой, насухо

ПМШЮСП lOJKUIIW, Л/Ч Mberiueild,

П'ж сварке силуминов рекомен­дуется предварительно нагреть из­делие до 200. ,250 °С. а после сварки произвести оржиг при температуре

300.. .350° С с последующим медлен­ным охлаждением. Шаы на сварных протирают тряпкой и просушивают. Сварку следует выполнять «е позд­нее чем через 8 ч после очистки. Флюс накосят на свариваемые кромки и присадочную проволоку в виде насты или насыпают а разделку шаа в виде порошка. Флюсы хра­нят в герметически закрытых со­судах. так как они очень интен­сивно поглотают влагу »п воз­духа.

Сварку выполняют левым спосо­бом нормальным пламенем или с не­большим избытком ацетилена. Следу­ет учесть, что большой избыток ацети­лена способствует образованию пор в сварном шве. Большую опасность представляет избыток кислорода, ко­торый значительно затрудняет сварку, интенсивно окисляя алюминий. Угол наклона мундштука горелки в начале сварки устанавливают 70„.80°, а за - іем уменьшают до нормального значе­ния 30...45“ Мощность сварочного пламени зависит от толщины метал-

1 1.5..2 3...4 G..8

75 150 .300 >00 Ш 760.1Й0С

соединениях из проката проковывают легсими ударами в холодном состоя­нии Остатки флюса и шлака ицатель - ко удаляют с помощью металли­ческой щетки и горячей воды.

ГЛАЗА 18 СВАРКА ЧУГУНА

5 S2.~ Особенности сварки чугуна

Чугуцы иредставляют - обой же­лезоуглеродистые енланы, о кото пых содержание углерода превышает ,7%. Цугуны, првмеянемые, в про­мышленности и строительстве, имеют следующие примеси: 2,0...4.0% угле­рода; 0,5..-1.6% марганца; 0,5,..4% кремния; 0,02 .0,2% серы н 0,02...0,2% фосфора, Спепивльные чугуцы имеют также легирующие примеси: никель, хром, медь, титан, алюминий

Углерод в чугуне может нахо­диться в виде карбида железе FejC (первичный к вторичный це­ментит) Такой чугун, называемый «белым чугуном», обладает повы­шенной твердостью и плохо поддается механической обработке в сером чугуне углерод находятся э сво­бодном состоянии в анде прослоек графита и только частично может быть в виде вторичных карбидов (пер. тит). Кремний способствует гра - фнгизацвя чугуна и увеличению раз­меров графитовых включений Мар - гакб-х ярн содержанки а чугуне ДО 0,7% сласо способствует грвфнтиза - ця о, а при содержанки свыше I % пре­пятствуй распаду карбида железа. Сера явлзктся вредной примесью: она ровшгеет ту‘.тот'.:<уч»"ть чугуна, ухудшает литейные качества н дает соединение FeaS, способствующее образованию трещин при сварке. Сера препятствует распаду карбида железа и выделению свободного углерода. Фосфор является слабым графнтнаатором; он улучшает литей­ные качества чугуна, повышая жнд - котекучесть. Из легирующих яримесей Сильным графнтнза горой является алюминий. Выделению графита спо­собствуют также никель, кобальт, медь, титан Хром, ванадий и молиб­ден препятствуя распаду карбида же­леза, Действуют как рвзмельчителк зерна

Большое применена; получили мо - дяфмцировзнные и высокопрочные чу - туны, имеющие феррцтную зли перлит Чую основу или кх сочетание. Эти чугунм обладают высокими механи­ческими свойствами н применяют­ся ор» нзгогоалення ответствен­ных деталей машин. Их высокие механкчеекнк свойства обусловлены тем, что вместо вытянутых пласти­нок н прожилок графита, карушвюшн» кед ост нос гь металлической основы (кеч в сером чуіуке), графят в высокопрочном чугуне имеет ГЛО - булиряую форму, обеспечивающую наибольшую сплошность металличе­ской основы.

Основные трудности, возника­ющие ори сварке чугупоа, обуедпп Леды их фнзихо-мехаиическимя свой

быстрое охлаждение жидкого ме­та ел а в зоне сваркв, а также выго - ранае мремимя из расплаав шва сво - •еобстеует месткому «отбеливанию» деталла шва к околошовиой зоны, ". е. способствуют переходу графита в хи­мическое соединение с железом — це­ментит, плохо поддающийся механи­ческой обработке;

отсутствие периода пластического состояния и высокая хрупкость при­водят дследетянг неравномерного нагрева и охлаждения, а также не­равномерной усадки металла к пр­авлению больших внутренних напря­жений к трещин как в. самом сварном шве, так и н околошовиой зоне, икгкая температура плавления, непосредственный перевод чугуна из твердой фазы е жидкую, и наоборот, затрудняют выход гаэоа из металла шва, и шов получается пористым;

высокая жидкотекучесть чугуна не позволяет производить сварку не только в вертикальном, но и в на­клонном положении шва

І S3. Горячая сварка чугуна Горячей сваркой чугуна при­нято называть сварку чугунных из­делий с предварительным их нагре­вом. Предварительный нагрев уменьшает разность температур ос­новного металла и металла в зоне соединения и тем самым снижает температурные напряжения при свар­ке - Вместе с этим снижается скорость охлаждения сплава пусле сварки, что способствует предупреждению отбела и получению шва хорошего качества

Подготовка к сварке еоетоит из вскрытия, вырубки, зачистки и раз­делки ііі еа или дефектного места. Вскрытие и чистку выполняют механи­ческим путем — вырубкой нла свер­лением. Разделка трещин — V - иди U-образной формы. Разделка дефект­ного участка должав иметь плавные округленные формы. Для предупреж­дения вытекания металла и придания шву нужного очертания вокруг раз­делки выкладывают форму яэ плотно првлегаюших к изделию и друг к jppyi у графитовых кли угольных пластин Применяют также квар­цевый песок, замешанный на жидком стекле (10(1.151) г. на 1 кг песка) и просушенный при температуре 40.. (Ю °С При сварке излома необ­ходимо ПрИчИНЯТгг приспособления, фиксирующие относительное располо­жение свариваемых частей н обес­печивающие точность сварки

В зависимости от назначения к конфигурации детали, характера де­фекта и марки чугуна применяют

обший или местный подогрев. При массовом производстве для общего подогрева деталей и последующего их охлаждения после сварки при­меняют методические печи конвейер­ного типа. Для подогрева отдельных крупных деталей применяют нагре­вательные колодцы или ямы, выло­женные огнеупорным кирпичом. Для местного подогрева зоны соедине­ния (полугорячая сварка) использу­ют горны, газовые и сварочные го­релки, индукционные нагреватели и др. Температура нагрева должна быть в пределах 400...700 °С. Подо­грев должен производиться медленно и равномерно, чтобы не вызвать в детали больших внутренних напряже­ний и трещин.

Для сварки чугунов по ГОСТ 2671—80 рекомендуется приме­нять чугунные прутки следующих ма-

Диаметр

Длина

В практике при сварке при­меняют различные графитизирующие покрытия, содержащие графит, ферро­силиций, мрамор, титановую руду, замешанные на жидком стекле. В по­крытие иногда вводят термит. Это способствует медленному остыванию металла шва. Толщина покрытия —

1.5.. .2.0 мм. Сварку выполняют по­стоянным током прямой полярности, однако можно сваривать и перемен­ным током. При толщине металла до 20 мм сварку производят электродами диаметром 6 мм; при толщине

20.. .40 мм применяют электроды диаметром 8 мм, а при толщине свыше 40 мм можно рекомендовать электроды диаметром 10 мм. Свароч­ный ток определяют из расчета

50.. .60 А на 1 мм диаметра электро­да.

Сварку можно выполнять уголь­ными электродами диаметром 6... 12 мм в зависимости от толщины сварива­емой детали. Сварочный ток состав­ляет 200...450 А. Присадочным мате­риалом служат чугунные прутки ПЧ 1, ПЧ 2, ПЧ 3 и ПЧВ, а флюсом — бура или смесь буры (50%) и соды рок: ПЧ 1 и ПЧ 2 — для газовой сварки серого чугуна с перлитной и перлитно-ферритной основой; ПЧ 3 — для газовой сварки серого чугуна с ферритной структурой; ПЧН 1 и ПЧН 2 — для пайкосварки; ПЧИ — для износостойкой наплавки; ПЧВ — для газовой сварки высоко­прочных чугунов с шаровидным гра­фитом.

Для изготовления электродов применяют прутки ПЧ 1, ПЧ 2, ПЧ 3 и ПЧВ, имеющие согласно ГОСТ 2671—80 покрытие толщиной 1 — 1,5 мм, состоящее из графита серебристого (25%), плавикового шпата (30%), карбида кремния (40%) и алюминиевого порошка (5%), замешанных на жидком стекле (60% от сухих компонентов). Прутки изготовляют следующих размеров, мм:

(50%); ток — постоянный прямой полярности или переменный.

Важным условием качественной сварки является поддержание ванны наплавляемого металла в жидком состоянии в течение всего периода сварки. Для этого весь объем свароч­ных работ выполняют без пере­рыва процесса сварки. После оконча­ния сварки деталь подвергают медлен­ному охлаждению. Для этого зава­ренные участки засыпают слоем мел­кого древесного угля и накрывают асбестом, что предупреждает отбел чугуна и исключает возникновение больших внутренних напряжений и трещин. Затем изделие очищают и контролируют качество сварки.

Сварка с предварительным нагре­вом является самым надежным спосо­бом предупреждения дефектов чугун­ных изделий любого размера и кон­фигурации. При точном соблюдении технологического процесса сварки можно получить плотный и прочный шов, хорошо поддающийся механиче­ской обработке и по своим механи­ческим свойствам не уступающий основному металлу.