Сварка при производстве электромонтажных работ

Особенности сварки алюминия и меди

Особенности сварки алюминия. Основным затруднением при сварке алюми­ния является его способность быстро покрываться на воздухе пленкой окиси.

Окись алюминия А1203 представляет собой кристаллическое вещество вы­сокой твердости, вследствие чего используется как один из абразивных материа­лов (корунд). Окись алюминия имеет температуру плавления около 2050° С при температуре плавления алюминия 658 °С и температуре его кипения около 1800 °С.

Вследствие своей тугоплавкости пленка скиси находится в твердом состоя­нии тогда, когда алюминий уже расплавился, и препятствует слиянию капель металла свариваемых частей, затрудняя этим их соединение. Пленка окиси, остаю­щаяся в шве после сварки, ухудшает его механические и электрические свойства и понижает коррозионную стойкость. Засорение шва включением окиси проис­ходит в то время, когда металл при сварке находится в жидком состоянии. Объяс­няется это тем, что окись алюминия, обладая большей плотностью (4 г/см3), чем у алюминия, легко перемешивается с жидким алюминием (плотность 2,7 г/см?).

При правильном ведении процесса сварки флюсы переводят окись алюминия в легкие шлаки, которые защищают сварочную ванну от окисления и устраняют засорение шва окисью. При сварке без флюса попытки разрушить пленку окиси нагреванием приводят при малой толщине алюминия к пережогу металла, что также значительно ухудшает механические свойства соединений.

Скорость образования пленки окиси на поверхности алюминия при нахожде­нии его на воздухе очень велика, в особенности при высоких температурах. Это следует учитывать при сварке, которая должна вестись таким образом, чтобы поверхность сварочной ванны защищалась от действия кислорода воздуха либо расплавленным флюсом, либо атмосферой нейтрального газа (при аргонодуговой сварке). При газовой сварке дополнительная защита от окисляющего действия воздуха осуществляется также газами самого сварочного пламени, состав ко - торого должен быть нормальным (без избытка кислорода).

Алюминий обладает большой теплоемкостью и высокой теплопроводностью, что обусловливает необходимость применения при сварке мощных источников теплоты. При значительной толщине свариваемых частей в ряде случаев требуется дополнительный подогрев их посторонними источниками теплоты, в особенности если сварка ведется при низкой температуре воздуха.

Способность алюминия растекаться при сварке, его хрупкость и снижение прочности при высоких температурах, приводящие к провалам металла даже от собственного веса, вынуждают вести сварку на подкладках и с уплотнением тор­цов швов.

Формирование швов при сварке алюминия угольным электродом и при га­зовой сварке отличается от того, что наблюдается при сварке стали. В случае сварки стали сварочная ванна располагается только непосредственно в зоне дей­ствия дуги или газосварочной горелки, а в близрасположенных к ванне участках шва металл находится в твердом состоянии. Во время же сварки алюминия жид - кии металл в зоне шва расположен на значительных участках. Например, при сварке угольным электродом алюминиевых шин сечением 100Х 10 мм ванна за­нимает не менее одйой трети шва; при сварке шин шириной 40—50 мм ванна за­частую занимает всю длину шва, заформованного с обеих сторон боковыми уголь­ными брусками. По существу, сварочная ванна всегда представляет собой форму, образованную подкладкой под стыком свариваемых изделий и уплотнениями швов с торцов. Это облегчает сварку алюминиевых шин и делает ее более доступной операцией, чем сварка других металлов.

При сварке алюминия в среде аргона сварочная ванна имеет значительно меньшие размеры, что позволяет выполнять сварку не только в нижнем положе­нии, но и при вертикальном, горизонтальном и верхнем (потолочном) расположе­нии швов. Однако и в этом случае рекомендуется использовать подкладки и за­креплять при сварке соединяемые шины.

У алюминия при нагревании не наблюдается медленного размягчения, по­скольку интервал температур, при котором металл находится в пластическом состоянии перед расплавлением, весьма незначителен. При нагревании алюминий не меняет своего цвета. Эти обстоятельства затрудняют контроль за плавлением металла и требуют от сварщика повышенного внимания.

Особенности сварки меди. Медь в расплавленном состоянии обладает способ­ностью в значительном количестве поглощать некоторые газы, в частности водо­род. При взаимодействии с кислородом, находящимся в меди в виде закиси Си20, происходит реакция восстановления меди из этой закиси с выделением паров воды (Cu20 + Н2 = Н20 - f 2Си). Находясь в толще жидкого металла, водяные пары при повышении их давления расширяют металл, образуя поры и сеть микроскопи­ческих трещин. Это явление, носящее название «водородной болезни», понижает прочность металла и далает его хрупким.

В электрической дуге, у конца угольного электрода, образуется окись угле­рода СО, которая взаимодействует с закисью меди, восстанавливает медь из за- киси и образует углекислоту С02, вызывающую появление пор и трещин. Этот факт при сварке угольным электродом нужно принимать во внимание и произво­дить сварку возможно более длинной дугой (15—25 мм). Необходимая длина дуги обеспечивается выбором источника сварочного тока соответствующего напряже­ния (40—60 В).

Учитывая возможность возникновения пор и трещин вследствие «водородной болезни», необходимо предупреждать попадание влаги в шов, что может произойти, например, в случае применения отсыревшего флюса. По этой же причине необ­ходимо переплавлять буру, входящую в состав флюсов, для удаления из нее кри­сталлизационной влаги.

Окислы, растворенные в меди в процессе ее плавления, распределяются не только в сварном шве, но и частично в зоне термического влияния. Кристаллы окислов меди, перемешиваясь в определенной пропорции с кристаллами меди, образуют эвтектический сплав (3,4% Си20 и 96,6% Си), который располагается по границам зерен меди, ослабляя общую прочность затвердевшего шва. Ухуд­шение качества шва становится заметным, если в меди растворено более 1% закиси меди, что имеет место, если сварку вести на воздухе без применения флю­сов.

Для улучшения качества сварного шва рекомендуется следующая обработка его после сварки: 1) проковка при температуре 300— 400 °С; 2) отжиг при темпера­туре 500—600 °С; 3) охлаждение водой немедленно после отжига.

Благодаря таким операциям структура шва получается мелкозернистой, а сплошная сетка эвтектики раздробляется на мелкие включения. В условиях электромонтажного производства такая обработка трудно выполнима, поэтому ограничиваются только охлаждением шва водой немедленно после сварки.

Раскисление меди при сварке и защита швов от дальнейшего окисления производятся при помощи флюсов, сведения о которых приведены в § 3-6. Наи­более активным раскислителем является фосфор, который входит для этой цели в состав флюсов.

Часто фосфор и другие компоненты (кремний, олово, цинк, серебро), способ­ствующие получению прочных и плотных швов, вводятся в состав присадочной проволоки. Однако такая специальная проволока не получила распространения в электромонтажной практике.

Для предупреждения чрезмерного окисления меди необходимо производить сварку без остановок и перерывов. По этой же причине не разрешается подвари­вать швы для устранения дефектов. При несоблюдении этих условий закись меди образуется в количествах, исключающих получение достаточно пластичных и прочных соединений; происходит пережог металла.

При нагревании медь в значительной степени теряет прочность и приобре­тает большую хрупкость, максимальную при температуре 500 °С. Это следует иметь в виду при сварке и укреплять свариваемые шины, а также не допускать их сотрясения как в момент сварки, так и в период охлаждения швов.

Большая теплопроводность меди, превышающая в шесть раз теплопровод­ность стали, ведет к необходимости применять при сварке достаточно мощные источники теплоты, пользоваться дополнительным подогревом свариваемых кро­мок, а также принимать меры к уменьшению теплопотерь. К таким мерам отно­сятся применение подкладок из малотеплопроводного материала (графитовые, керамические) и наложение теплоизоляции на поверхность свариваемых деталей вдоль швов.

При толщине свариваемых шин более 10—12 мм пользуются обычно дополни­тельным подогревом посторонними источниками теплоты.