СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Сварка стали

В настоящее время конструкции из стали сваривают в большин­стве случаев электрической сваркой, являющейся более произво­дительной и дающей более высокие механические свойства сварных соединений. Газовая сварка используется значительно реже и лишь в отдельных случаях: на монтаже, при ремонте, мелкосерийном производстве и других случаях. Рассмотрим особенности газовой сварки стали.

Мало- и среднеуглеродистые стали. Эти стали свариваются газо­вой сваркой любым из описанных выше способов. Удельная мощ­ность пламени при левой сварке мало - и среднеуглеродистой стали составляет 100—130 л/час, а при правой — 150 л/час на 1 мм тол­щины свариваемого металла.

Для повышения производительности можно выполнять сварку пламенем мощностью до 200 л/час на 1 мм толщины, применяя соот­ветственно более толстую присадочную проволоку. Однако такая сварка требует большого опыта от сварщика, так как связана с опас­ностью перегрева свариваемого металла и ухудшения его механи­ческих свойств. При нормальном режиме сварки стали применяется

проволока диаметром: для левой сварки d = + 1 мм; для пра-

£

вой d = — мм, где s — толщина металла в мм. При толщине метал - 2

ла свыше 15 мм диаметр присадочной проволоки берется равным 6 — 8 мм. Сварочное пламя должно иметь восстановительный ха­рактер.

Для низко - и среднеуглеродистой стали применяется присадоч­ная проволока Св-08 или Св-08А и Св-08ГА по ГОСТ 2246—60. После сварки можно производить проковку металла шва в горячем состоянии при температуре 850—900° (светло-красное каление). Это придает структуре металла мелкозернистость, в результате чего повышается его пластичность. Проковку следует заканчивать при остывании участка шва до темно-красного цвета, так как проковка при более низкой температуре приводит к наклепу металла, в ре­зультате чего его пластичность не повышается, а, наоборот, пони­жается и металл становится более хрупким. После проковки шов следует подвергнуть нормализации, нагрев горелкой до указанной выше температуры и охладив на воздухе.

Высокоуглеродистые стали. Стали, содержащие свыше 0,6% углерода, свариваются значительно хуже, чем среднеуглеродистые, в которых углерода содержится от 0,25 до 0,6%. Высокоуглеродистые стали очень склонны к закалке и образованию трещин в переход­ной зоне и зоне влияния. Поэтому при их сварке применяется пламя с меньшей тепловой мощностью, равной 75 лічас на 1 мм толщины металла.

Пламя должно быть восстановительным или с небольшим избыт­ком ацетилена, так как при окислительном пламени происходит усиленное выгорание углерода и шов получается пористым. Пре­дупреждается появление закаленных зон и трещин предваритель­ным и сопутствующим подогревом до 200—250°. Присадочным ма­териалом служит проволока, содержащая углерода от 0,11 доО, 18%, или Св-12ГС по ГОСТ 2246—60.

Предпочитается левый способ сварки. После сварки необходима нормализация. Получить наплавленный металл с высокими ме­ханическими свойствами при сварке этих сталей можно также, при­меняя присадочную проволоку с нормальным содержанием углерода, но легированную хромом (0,5—1%), никелем (2—4%) и марганцем (0,5—0,8%). Металл толщиной менее 3 мм предварительно не по­догревают.

Низколегированные перлитные стали. К этой группе отно­сится сталь марки 15ХСНД (СХЛ-1, НЛ-2), состав и свойства ко­торой были приведены в главе IX. Эта сталь хорошо сваривается газовой сваркой, восстановительным пламенем удельной мощности 75 л/час на 1 мм толщины основного металла. Присадочным материа­лом служит сварочная проволока Св-08, Св-08А или Св-10Г2 по ГОСТ 2246—60. Сварку ведут левым или правым способом в зависи­мости от толщины металла. Для улучшения механических свойств металла шва рекомендуется его проковка в горячем состоянии с пос­ледующей нормализацией.

Низколегированные молибденовые и хромомолибденовые тепло­устойчивые стали. Характеристика состава и свойств этих сталей дана в главе IX. Газовой сварке чаще всего подвергаются трубы из сталей этого типа в процессе монтажа котельных агрегатов. В качестве присадочного материала используются проволоки Св-ЮХМ, Св-18ХМА по ГОСТ 2246—60. Во время сварки пламя должно иметь только восстановительный характер, так как окислительное. пламя вызывает образование тугоплавких окислов хрома, затрудняющих сварку хромомолибденовых сталей. Мощность пламени и диаметр проволоки следующие:

Толщина стеики трубы, мм до 3 4—6 7—10

Расход ацетилена, л/час. . . 300 500 750—1200

Диаметр проволоки, мм. . . 3—4 4—5 5—6 -

Свариваемые кромки скашиваются под углом 45°, фаска сни­мается на токарном станке. Притупление кромок должно составлять 0,5—0,7 мм, зазор между кромками не более 0,5 мм. Сборка стыков проверяется шаблонами.

Трубы собираются в приспособлении, обеспечивающем совпа­дение их осей. Перед сваркой кромки труб прихватываются в трех точках по окружности стыка. Сварку ведут отдельными участками. При толщине стенки до 5 мм шов делается однослойным, при тол­щине более 5 мм — двухслойным. Для гарантии полного провара стыка кромки предварительно расплавляют в корне шва без приса­дочной проволоки, а затем шов заполняется присадочным метал­лом на всю толщину стенки с образованием необходимого усиле­ния. При двухслойной сварке первый слой сваривается без утолще­ния, а вторым слоем наваривают утолщение шва. Длина каждого участка обычно равна 15—25 мм.

Сварку следует вести без перерывов до заварки одной полови­ны окружности стыка. При сварке второй половины стыка во из­бежание появления трещин следует предварительно весь стык рав­номерно подогреть горелкой до 250—300°.

После сварки стыки подвергаются нормализации при темпера­туре 900—930° для стали 15М и 20М и 930—950° для стали 12ХМ и 20ХМ с выдержкой при этой температуре в течение 1—1,5 мин на 1 мм толщины стенки и последующем охлаждении на спокойном воздухе. При минусовой температуре окружающей среды сварку необходимо вести с предварительным подогревом стыка до 250— 300°.

Низколегированные хромокремнемарганцевые стали (хроман­силь). Составы и свойства этих сталей приведены в главе IX. Дан­ные марки сталей хорошо соединяются газовой сваркой. В период внедрения этих сталей в машиностроении основным способом их свар­ки являлся газовый. В дальнейшем газовая сварка была в основном заменена дуговой сваркой в среде защитных газов и автоматиче­ской сваркой под флюсом. Присадочным материалом при сварке этих сталей может быть малоуглеродистая проволока Св-08 или Св-08А в тех случаях, когда прочность сварного соединения менее

90 кгс/мм2. При необходимости получения более высокого предела прочности применяется проволока Св-18ХГСА или Св-18ХМА. Пла­мя должно иметь строго восстановительный характер. Режим свар­ки следующий:

TOC o "1-5" h z Толщина металла, мм.......................... 0,5 1 2 3

Расход ацетилена, л/час...................... 50 75 150 300

Диаметр проволоки, мм........................ 1 1,5 2 2,5

Низколегированные хромокремнемарганцевые стали сваривают­ся в один слой в нижнем положении. Вертикальных и потолочных швов следует избегать. Перед сваркой листы прихватываются. Сварка должна производиться быстро, без перерывов и задержек пламени на одном месте. Следует избегать резкого охлаждения металла после сварки и стараться постепенно отводить пламя от шва, подогревая факелом металл в радиусе 25—40 мм вокруг кон­ца шва или места наложения прихватки. После сварки сварное сое­динение подвергают термообработке: закалке до 880° с охлаждением в масле и последующему отпуску при 400—570®.

Высоколегированные хромоникелевые аустенитные стали. Свой­ства этих сталей, их марки и составы даны в главе IX. Газовая сварка этих сталей дает хорошие результаты, но эти стали склонны к повышенной деформации вследствие более низкой их теплопровод­ности. Поэтому сварку изделий из таких сталей следует по возмож­ности производить в кондукторах. Присадочным металлом являет­ся проволока CB-02X19H9, Св-06Х19Н9Т, Св-08Х19НЮБ по ГОСТ 2246—60.

Сварка должна выполняться восстановительным пламенем мощ - . ностью 75 л/час на 1 мм толщины основного металла. Для шлако­вания окислов хрома приме­няются флюсы, составы кото­рых приведены в табл. 67.

Флюс наносится на верх­нюю и нижнюю стороны лис­тов в виде пасты за 15—20 мин до сварки, а его остатки после сварки удаляются со шва.

После сварки изделие под­вергают термообработке — нагреву до 1050—1100° и по­следующему быстрому ох­лаждению в воде (при тол­щине металла менее 2 мм — на воздухе) для предупреждения межкристаллитной коррозии шва и зоны влияния вследствие выпадения карбидов хрома. Термооб­работку не применяют, если сталь содержит титан в качестве ста­билизатора ее структуры.

Сведения о свойствах и свариваемости чугуна были изложены в главе XIV. Здесь рассмотрим технологию газовой сварки чугун­ных деталей. С помощью газовой горелки можно с успехом произ­водить ремонтную сварку изделий из серого литейного, а также ковкого и высокопрочного чугуна. Более длительный и равномер­ный нагрев, обеспечиваемый пламенем при газовой сварке, способ­ствует получению в металле шва структуры серого, неотбеленного чугуна, хорошо поддающегося последующей механической обработке. При сварке чугуна образуется достаточно большое количество окис­лов марганца и особенно кремния, затрудняющих сварку. Для удаления этих окислов в шлаки применяют флюс в виде молотой бу­ры или смеси одного из следующих составов: 1) 56% буры, 22% углекислого натрия (соды) и 22% углекислого калия (поташа);

2) 50% буры, 47% двууглекислого натрия и 3% кремниевой кислоты;

3) 23% буры, 27% углекислого натрия и 50% азотнокислого нат­рия. Сварку ведут только в нижнем положении с предварительным общим или частичным подогревом свариваемой детали. Применяет­ся восстановительное или слегка науглероживающее сварочное пламя, так как окислительное пламя вызывает местное выгорание кремния, вследствие чего на этих участках шва возможно образова­ние структуры отбеленного чугуна.

Присадочным металлом при сварке служат прутки из чугуна диаметром 6, 8, 10 и 12 мм, длиной 400—700 мм. Состав чугуна при­садочных стержней следующий: 3—3,6% углерода, 3,6—4,8% кремния, 0,5—0,8% марганца, не более 0,08% серы, 0,3—0,5% фосфора, остальное — железо. Мощность пламени должна состав­лять 100—120 л/час на 1 мм толщины основного металла. Кромки металла скашиваются под углом 45° и должны быть очищены перед сваркой до металлического блеска, а затем прогреты пламенем сварочной горелки.

Во время сварки пруток периодически погружают во флюс и переносят его в сварочную ванну; кроме того, флюс подсыпают в ванну ложкой. В целях ускорения процесса и регулирования рав­номерности нагрева крупные детали рекомендуется сваривать од­новременно двумя горелками. Концом прутка все время перемеши­вают сварочную ванну, облегчая этим выход наружу растворенным в металле газам, тем самым предупреждая появление пор в метал­ле шва.

Полный подогрев свариваемой детали производится в горне, печи или временном очаге. Температура нагрева составляет от 300 до 600°, в зависимости от размеров и формы детали. После сварки нужно обеспечить медленное охлаждение детали, покрывая ее асбес­том или засыпая песком для изоляции от окружающей среды. При нагреве в печи свариваемые детали охлаждаются вместе с печью.

Чугун серый, ковкий и высокопрочный можно сваривать латунной

присадочной проволокой марки J1-62, имеющей температуру плавле­ния 850—900°, что значительно ниже температуры плавления чу­гуна, которая равна примерно 1200°. При этом способе кромки чу­гунной детали не расплавляются, а нагреваются только до темпе­ратуры плавления латуни и облуживаются последней. На подго­товленную таким образом поверхность кромок затем наплавляется соединительный слой металла шва, состоящий из сплава, состав ко­торого будет близок к составу присадочных латунных стержней. Так как латунь является пластичным металлом, то место сварного соединения будет обладать достаточной прочностью и необходимой пластичностью.

Лучше всего поверхность нагретого чугуна смачивается латунью при температуре нагрева чугуна до 700—850°. При более низкой тем­пературе, порядка 600°, наплавленный металл быстро застывает и содержащиеся в нем газы не успевают выделиться, что вызывает появление пористых швов. При температуре нагрева свыше 900° происходит растворение железа в латуни и испарение из нее цинка, что также вызывает пористость наплавленного металла. Кроме того, при этой температуре графит чугуна выгорает, что ухудшает сма­чивание чугуна расплавленной латунью. Для предупреждения ис­парения цинка, входящего в состав латуни, пламя должно иметь избыток кислорода до 30—40%. Латунь наплавляется менее горя­чей частью пламени, которое направлено на присадочный пруток и находится от него на несколько большем расстоянии, чем обычно.

Для сварки чугуна латунью наиболее целесообразно примене­ние газообразного флюса (см. § 8). Кроме того, применяются чу­гунные прутки с медным покрытием, улучшающим смачиваемость кромок свариваемого металла наплавленным металлом, а также прутки из чугуна специального состава, температура плавления ко­торого лежит между 1050 и 1200° (эвтектического чугуна). При свар­ке чугуна специального состава употребляются особые флюсы в виде пасты. При отсутствии специальных чугунных прутков или латуни марки Л-62 трещины в чугунных деталях можно заваривать также проволокой из электролитической красной меди.

Низкотемпературная сварка и заварка литейных дефектов в чугунных деталях. Данный способ разработан ВНИИАвтогеном и состоит в заварке литейных дефектов с применением специального флюса-пасты и присадочных стержней из чугуна особого состава, без расплавления основного металла. Присадочные стержни имеют следующий состав (%):

Серы....................................... не более 0,05 не более 0,05

Фосфора............................ 0,2—0,4 0,2—0,4

, Никеля................................ 0,4—0,6 0,4—0,6

Хрома............................................. до 0,1 до 0,1

Титана.............................. 0,15—0,20 0,15—0,20

Стержни отливаются в кокиль и имеют диаметр 5, 7, 9 и 12 мм. Флюс-паста имеет следующий состав: 8% двуокиси титана, 10% азотнокислого калия, 8% фтористого кальция, 45% буры техничес­кой, 3% ферротитана, 21% фтористого натрия, 5% фтористого ли­тия. Место заварки зачищают до металлического блеска. При тол­щине стенки до 10 мм кромки подвергаются V-образной разделке с углом раскрытия 70—90°, при толщине стенки более 10 мм— Х-образной. Литейные дефекты (поры, шлаковые включения) выру­бают и кромки разделывают под общим углом раскрытия шва 45—60°.

Перед сваркой производится местный нагрев изделия горелкой до 300—400°; изделия с более сложной формой подвергают общему нагреву в печи до той же температуры.

На нагретую поверхность наносится слой флюса-пасты и место заварки нагревается горелкой до 750—790°. Пламя должно быть нормальным восстановительным. При такой температуре нагрева флюс-паста начинает плавиться, покрывая место сварки тонкой плен­кой. Присадочный стержень покрывается снаружи флюсом-пастой и расплавляется постепенно, капля за каплей стекая на заваривае­мую поверхность и растекаясь по ней. Сварка ведется справа нале­во, пламя горелки перемещается впереди шва. После заварки изде­лие медленно охлаждается в песке или под слоем асбеста.

При данном способе заварки отсутствуют зоны твердого отбе­ленного чугуна, так как основной металл не доводится до состояния плавления, наплавка получается плотной, мягкой и хорошо обра­батывается резцом. Ремонтируемое изделие испытывает незначи­тельные внутренние напряжения, и трещины при заварке не обра­зуются.

S

§ 7. Сварка меди

Свойства и свариваемость меди были изложены в главе XV. Медь хорошо сваривается газовой сваркой. Правильное выполне­ние сварки с последующей проковкой позволяет получить сварное соединение с пределом прочности металла шва 17—22 кгс/мм2 при пределе прочности основного металла из мягкой меди 22—23 кгс/мм2. Вследствие высокой теплопроводности для сварки меди требуется пламя повышенной мощности. Для толщин до 10 мм мощность пла­мени должна быть равной 150 л/час, а для толщин свыше 10 мм— 200 л/час ацетилена на 1 мм толщины основного металла. Более тол­стую медь рекомендуется сваривать двумя горелками одновремен­

но; одной для подогрева с мощностью 150—200 л/час, а второй для сварки с мощностью 100 л/час ацетилена на 1 мм толщины.

Для уменьшения отвода тепла свариваемые детали сверху и сни­зу покрывают листами асбеста. Используется восстановительное сва­рочное пламя, ядро которого держится почти под прямым углом к кромкам листов на расстоянии 3—6 мм от поверхности ванны. Для уменьшения образования закиси меди - и предупреждения появления горячих трещин сварку следует вести быстро, без перерывов, строго следя за сохранением восстановительного характера сварочного пламени. Применять прихватки перед свар­кой не следует. Сваривать изделие рекомендуется в сборочно-сва­рочном приспособлении (кондукторе). Сварка пламенем с избытком ацетилена вызывает реакцию восстановления закиси меди водо­родом и окисью углерода, содержащимися в пламени, в результате чего в наплавленном металле образуются поры и мелкие трещины.

При сварке в качестве присадочного металла используется про­волока из чистой (электролитической) меди или из меди, содержа­щей до 0,2% фосфора и до 0,15—0,30% кремния в качестве раскис - лителей. Диаметр проволоки должен быть от 0,5 до 0,75 S (S—тол­щина металла, подвергаемого сварке). Проволока диаметром свы­ше 8 мм не применяется.

Распределение тепла при сварке меди следует регулировать так, чтобы проволока плавилась несколько ранее кромок, наплавляя при­садочный металл на только еще начинающие расплавляться кромки основного металла. Скос кромок производится под углом 45° при толщине листов свыше 3 мм. Притупление кромок составляет0,2 мм от их толщины. Кромки перед сваркой зачищают до металлического блеска или подвергают травлению в растворе азотной кислоты с последующей промывкой в воде.

Для раскисления меди при сварке и удаления в шлак образую­щихся окислов используются флюсы, составы которых приводят­ся в табл. 68.

Флюс, в составе которого находится кислый фосфорнокислый натрий, применяется при сварке проволокой, не содержащей раскис - лителей в виде кремния и фосфора. Флюсы вносятся в ванну, а так­же ими покрывают конец присадочного прутка, кромки сваривае­мого металла на расстоянии 40—50 мм в обе стороны от оси шва и обратную сторону свариваемых листов. Флюс-паста состава № 4 наносится на пруток в виде покрытия.

Для измельчения зерен наплавленного металла и повышения плотности шов после сварки проковывают. Металл толщиной до 5 мм проковывают в холодном состоянии, а более толстый— при 200— 300°. После проковки шов отжигают при температуре 500—550°, под­вергая его затем быстрому охлаждению водой, что сохраняет мелко­зернистую структуру и повышает пластичность наплавленного и ос­новного металла. Во избежание образования трещин проковку не следует вести при температурах выше 500°, так как медь при этих температурах становится хрупкой.