МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ

Технологические особенности процессов и рекомендации по сварке меди и ее сплавов

Ііьібор варианта технологического процесса сварки определяется назначением изделия и требованиями к уровню прочности, герметичности, коррозионной стой­кости, элекгро - и теплопроводности соединений. С уче - I ом отмеченных выше особенностей меди и медных і плавов (большая теплопроводность и жидкотекучесть, активность по отношению к 02 и Н2 и др.) выбор опти - мя гьного варианта технологии становится непростой м ичей, хотя все способы ручной и механизированной сварки плавлением и пайки могут использоваться для со: ідаиия сварных соединений.

При разработке технологии сварки или пайки необхо - ііимо учитывать особенности термического воздействия каждого из способов получения соединения на изменение свойств металла шва и основного металла, возможности металлургической обработки жидкого металла, формиро­вание химического состава и структуры швов и т д.

Подготовка под сварку

Основной металл перед сваркой тщательно очищают " окислов механическим (шабером, наждаком, метал-

лическпми щетками) или химическим путем (травление, например, в растворе, содержащем 75 мл HN03, 100 мл H2S04, 1 мл НС1, остальное вода, с последующей про­мывкой в воде и обезжириванием). Как правило, при S < 4,0 мм разделка не производится и сварка осуществ - ляется за один проход, а при 4,0 мм < S < 10,0 мм при­меняют разделку кромок с одной стороны (а = 60- 70 град) с притуплением кромок 1,5—3,0 мм. При боль­ших толщинах применяют X - образную разделку и, как правило, многопроходную сварку с двух сторон.

При подготовке под пайку очистка паяемых поверх­ностей металла достигается применением флюсов, сни­жающих поверхностное натяжение окислов и улучша юших растекание жидкого припоя. В качестве флюсов при пайке меди и ее сплавов используют канифоль, ка­нифольные лаки, хлористый цинк, фтористый калий, борный ангидрид, буру или самофлюсующиеся припои с фосфором [14].

Технология сварки меди

Механизированная сварка под флюсом применяется для соединяемых элементов S = 3 — 60 мм, в том числе для стыковых соединений S < 40 мм. Технология, как правило, не предусматривает предварительного подогре­ва кромок. Для прихватки используют сварочные мате­риалы (проволоки и флюсы), которые будут применять­ся при сварке. Некоторые рекомендуемые сварочные материалы для автоматической сварки меди под флю­сом приведены в табл. 16.3.

Переход легирующих (Si, Мп) из флюсов и проволок в шов, как указывалось, повышает прочностные харак­теристики шва, но ухудшает электропроводность и теп-

лопроводность. Поэтому в зависимости от требований к свойствам соединений подбираются различные систе­мы флюс + проволока. Флюсы перед сваркой во избе­жание порообразования прокаливают при Т — 300 — 400 С в течение 1 часа. При сварке заготовок толщиной до S < 8 мм осуществляется односторонняя сварка, а при больших толщинах— двусторонняя. При S > 20 мм сварку без разделки кромок можно проводить расщеп­ленным электродом, а при наличии разделки — бинар­ным электродом. Угловые (тавровые) соединения тол­щиной S = 16-30 мм осуществляются с односторонней разделкой, а при S > 30 мм — с двусторонней V-образ­ной разделкой Сварку ведут на флюсовой, графитовой или остающейся медной подкладке. В начале и оконча­нии процесса используют заходные и выходные планки, привариваемые к заготовкам с зазором не более 1 мм. Прихватки обычно располагаются с шагом 300—400 мм, а их длина — 50—100 мм. Зазоры в стыке должны быть ми­нимальными, равномерными и жестко контролируемыми.

Для сварки используют стандартные источники пита­ния постоянного тока и специальные автоматы. Сварка

производится током обратной полярности. Режимы сварки выбираются такими, чтобы обеспечить наивы­годнейшие значения коэффициента формы шва (у — = е/а = 1,8-2,0), снижающие вероятность образования горячих трещин. Ориентировочные режимы сварки приведены в табл. 16.4 и могут уточняться при отработ­ке технологии сварки конкретного изделия.

При сварке под флюсом нераскислеинои меди М3, М4 рекомендуется использовать угольный элекгрод. В ка­честве присадки при этом применяют профилирован­ные медные прутки или проволоку (лучше латунную), закладываемую в стык и способствующую раскислению шва при их расплавлении.

Механизированная дуговая сварка в защитных газах плавящимся и неплавящимся электродом нашла наибо­лее широкое применение, что объясняется удобством регулирования состава шва за счет использования про­волок различного легирования, удобством наблюдении за процессом, высокой производительностью при при­

мс пении плавящихся электродов, возможностью осуще - 1 і илять сварку без подогрева (для S < 10 мм). Сварку ве - •tv і в нижнем положении на флюсовой подушке иди на »к дающейся медной подкладке для обеспечения требу - г мои формы проплава.

Для ответственных стыковых соединений S = 2.5—7,0 мм преимущественно используется автоматическая сварка иг плавящимся вольфрамовым электродом в инертных II|||1 в смесях инертных газов (особенно для корневых ииюи трубных соединений). При S = 20—60 мм более in іесообразна плазменная сварка без разделки кромок, а ї ї и малых толщин S — 0,1-1,0 мм (сильфоны, мемб - р ш іл) аффективна микроплазме иная сварка. В качестве niinmiux газов используются гелий, аргон высшего и ги риого сортов (ГОСТ 10157-79).

И качестве электродов применяют вольфрамовые лап - і тированные (ЭВЛ—10) или иттрированные (ЭВИ—2) і и ржли по ГОСТ 23949—80. Возможно использование композиционных неплавящихся электродов (вольфра­мовые стержни, плакированные медью), позволяющее 1 раза повысить плотность тока в электроде и суше-

• ми'ино (в 5—7 раз) снизить расход вольфрама Приса - инчпыми материалами являются проволоки марок Ml и Ми, обеспечивающие близость состава шва к основно - mv металлу.

При сварке плавящимся электродом в среде аргона вши используются бронзовые проволоки, легированные •ффскгниными раскислителями и упрочняющими шов

• к чем гамм, снижающие пористость швов (БрКМцЗ—1, ».р«>,5, Г>рОЦ4-3, ВрОФ6,5—0,4).

і марку не плавящимся электродом ведут на постоян­ном иже прямой полярности. Ориентировочные режи­ми п ніопроходнои сварки нсплавящимся электродом нртп дены и габл. 16 5 |Ы|.

Сварка плавящимся электродом в защитных газах применяется значительно реже, что связано с нестаци­онарным переносом электродного металла в ванну в за­висимости от величины тока, нестабильностью горения дуги, повышенным разбрызгиванием и ухудшением формирования шва. При сварке в С02 удовлетворитель­ное формирование швов получается в узком контроли­руемом диапазоне режимов (струйный перенос), что за­трудняет широкое применение этого процесса. Сварка проводится на постоянном токе обратной полярности.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами обес­печивает удовлетворительные механические свойства соединений, но существенно изменяет состав шва бла­годаря его легированию раскислителями. При РДС рас­кислители вводят как в стержень, так и в покрытие элек­трода. В качестве стержней для электродов используются медь марки Ml, бронзы БрКМцЗ—1, БрОФ4—0,25, БрХ07 и латунь JT90. Покрытия обычно содержат мар­ганцевую руду, полевой и плавиковый шпат, порошко­образный алюминий, ферросилиций. Из наиболее час­то применяемых электродов известными марками являются К—100 («Комсомолец»), АНЦ—1, АНЦ-2, ОМЗ—1, ЗТ Процесс сварки характеризуется повышен­ным разбрызгиванием, повышенной пористостью швов и, как правило, требует подогрева свариваемых элемен тов до Т = 300-500 °С. Сварка ведется на постоянном токе обратной полярности. Сварку выполняют короткой той, «на проход», начиная и оканчивая процесс на н1 мюлогических планках. Угловые и тавровые соедине­ния рекомендуется сваривать при положении шва - и лодочку». Ориентировочно ток сварки рассчитывдет - I я по формуле 1св = (45—55)ф, а для электродов марки ЛИЦ — 1св= (85-100)

И і других видов сварки следует отметить ЭШС как и тболее целесообразную для больших сечений. Сва­рочные материалы, приведенные в табл. 16.3, использу - инси и при ЭШС. Характерной особенностью процес - I, i сварки является необходимость в повышенных (по і равнению со сталью) зазорах под сварку (в среднем 50— '() мм). Уменьшение зазора снижает стабильность процес - «л из за коротких замыкании электродной проволоки на и і іслие и приводит к снижению глубины проплавления н появлению дефектов, а большие зазоры — к сниже­нию производительности и перерасходу присадочных материалов. Существенный недостаток ЭШС меди — purr зерна в ЗТВ из-за низкой скорости нагрева и сни­мание из-за этого пластичности сварного соединения.

< парку ведут на переменном токе.

Бій ремонтных работ чаше всего используют газовую ы їх* пшено-кислородную) сварку при толщинах соеди­няемых элементов менее 15 мм. Для прихватки и свар - • н используют медные прутки, легированные 2% Р и 0,15 —0,3% Si или сварочную проволоку из меди марок Мір, МЗр. Фосфор хорошо восстанавливает медь из за - > и* п меди и облегчает всплытие шлаков на поверхность ванны. Однако его избыток охрупчивает шов из-за по - яичепия эвтектики. Легирование кремнием препятству-

< і окислению ванны кислородом воздуха (за счет обра­нні. шия Si02 на поверхности ванны) и позволяет «и ушествлять сварку вертикальных швов. При сварке їм пользуют флюсы, одни из которых защищают ванну <н окисления или способствуют выводу закиси меди в

шлак, другие — раскисляют медь [14]. В качестве газов используют горючий газ ацетилен (С2Н2), выпускаемый по ГОСТ 5457—75, и кислород — по ГОСТ 5583-78. Свароч­ное пламя по составу должно быть строго нейтральным.

Газовой сваркой в основном осуществляются соеди­нения встык и по отбортовке с толщиной металла 0,5— 2,5 мм. Требования к подготовке поверхности кромок, чистоте сварочных и основных материалов по примесям такие же, как и при дуговой сварке.

Технология сварки медных сплавов

Сварка латуней и бронз осуществляется аналогично меди, и подробную информацию об этом можно полу­чить в монографии [14]. Укажем на некоторые специфи­ческие особенности процесса.

Сварка латуней, как указывалось, сопровождается интенсивным выгоранием цинка (Тиш = 907 °С), что вызывает дополнительные трудности в получении проч­ностных характеристик швов. Кроме этого пары цинка и окись цинка загрязняют очищенные свариваемые кромки перед дугой, способствуя пористости швов. Пары ZnO весьма токсичны, что требует усиленной вен­тиляции рабочего места. Потери цинка (до 20%) в шве требуют применения более легированных (Мп. Si), чем основной металл, проволок, снижения величины про - плавления за счет выбора способов и режимов сварки, уменьшения доли участия основного металла в шве, дополнительного контроля за состоянием поверхности свариваемых кромок.

Все способы сварки плавлением, используемые для меди, применимы и для латуней. Следует отдавать пред­почтение сварке под флюсом (если не требуется равно - прочности). При этом чаще всего в качестве сварочных

212

материалов используют проволоки из бронзы БрОЦ4— IЦ флюсом АН—20 или прутки из латуни ЛК80—3 с пем - мжидным флюсом. Сварка осуществляется постоянным током прямой полярности. Требования по подготовке поверхности и формы разделок кромок аналогичны ука - мнмым для сварки меди. Особое внимание уделяется ищите корня шва и заварке кратеров как источников грещинообразования.

При сварке в защитных газах плавящимся электро - юм механические свойства шва и соединений выше, чем при сварке под флюсом, за счет более высокого ле - мірования швов из проволок. Как правило, такие спо - имы используются при сварке гребных винтов, завар­ке дефектов литья.

Для латунных труб малых толшин (S = 0,2-0,4 мм) широко используется автоматическая микроплазменная < варка.

При заварке дефектов литых латунных деталей реко­мендуется:

1) обязательное удаление дефектных мест с трещина­ми, порами, включениями. Для этого допускает­ся использование воздушной резки с последую­щей зачисткой места сварки наждачным кругом или пневмозубилом;

2) засверливание концов сквозных трещин перед раз­делкой кромок;

3) в подготовленных под сварку местах обеспечить необходимый скос кромок, без заусенцев и острых углов;

4) поверхности под сварку и наплавку зачищать до металлического блеска

Сварка латуней неплавящимся вольфрамовым элек - I родом аналогична по технике выполнения сварке меди неплавящимся электродом.

Для ручной дуговой сварки латуней используются электродные стержни и покрытия, указанные в табл. 16.6. Сварка осуществляется постоянным током обратной полярности (кроме электродов марки ЗТ) с использова­нием подогрева свариваемых кромок до 250—300 °С Сварка ведется предельно короткой дугой для снижения выгорания цинка. Ориентировочные режимы сварки приведены в табл. 16.7.

Особенностью сварки бронз, как указывалось, явля­ются появление высокотемпературной хрупкости и сни­жение технологической прочности швов (горячие тре­щины). Выгорание легирующих и наличие вредных примесей в металле шва может способствовать образо­ванию трещин и пор.

Наиболее применяющимися в сварных конструкци­ях являются кремнистые и кремнемарганцевые бронзы. Iпикая пленка Si02 на поверхности сварочной ванны и юлирует ее от взаимодействия с газами и предотвра - III. к* г выгорание легирующих элементов.

Оловянные бронзы при сварке больше насыщаются ы ими, в том числе водородом, что приводит к повы­шенному образованию пор в швах. Кроме того для этих Бронз характерен широкий температурный интервал » рисгаллизации, что способствует появлению кристад­ин иционных трещин особенно у линии сплавления

При сварке -алюминиевых бронз преимущественно ш разуется тугоплавкий окисел А1203, покрывающий ван­ну ухудшающий сплавление кромок, вызывающий тре­тини и поры. Этот окисел не растворяется в жидкой ван­не, он загрязняет металл шва в виде неметаллических вимочений, снижает механические свойства соединений. І Ірименение при сварке специальных галлоидных флю-

I он частично разрушает эту окисную пленку. В качестве і и-к [родных или присадочных материалов используют проволоку БрАМц9—2, БрАМцН9—7-2, БрАМцЖНЦ8- Ю 3—2—2, обеспечивающие достаточные механические ■ поііства шва за счет легирования и эффективного рас­кисления металла швов.

При сварке оловянно-кремнистых бронз в качестве проволок и стержней для электродов используются иронзы БрОЦ4—3 и БрОФ8—0,3.

В качестве флюсов при сварке бронз используются Кіік керамические марок ЛПИ-К1,ЛПИ-К2 (для алю­миниевых бронз), так и плавленые марок ОСЦ—45, АН— MX АН—26С для оловя пн о - кремнистых бронз.

11ри сварке бронз в среде аргона используют практи - •в ки те же марки присадочных материалов, а в каче-

II вс электродов — вольфрамовые стержни. Техника ведения процесса и подготовка поверхности сваривае­мых кромок такие же, как применяемые при сварке меди или латуни. Более подробную информацию по сварке бронз в защитных газах можно получить в лите­ратуре [6,14].

Ручная сварка бронз покрытыми электродами произ­водится, как правило, с подогревом до Т = 200—300 °С. Механические свойства соединений характеризуются достаточной прочностью (450—550 МПа) и удовлетвори­тельной пластичностью (20—35%).

Широко используется технология наплавки меди на сталь (для подшипников скольжения). Основная про­блема свариваемости — охрупчивание поверхностных слоев стали за счет интенсивного проникновения жид­кой меди в сталь по границам зерен. Степень охрупчи­вания во многом определяется температурой перегрева меди и временем контакта жидкой меди с твердой ста­лью, что предъявляет особые требования к видам, режи­мам и технике осуществления процесса сварки (мини­мальная погонная энергия, ускоренное охлаждение медного слоя и т. д.). Подробные сведения об этом про­цессе можно получить в литературе [4].