Лабораторная работа №2 Сварка меди в среде защитных газов

Цель работы:

Изучение процессов сварки меди в среде аргона неплавящимся вольфрамовым электродом: установление технологических параметров режима сварки при заданных теплофизических свойствах свариваемого металла на температурные поля и геометрические размеры сварного шва; выбор оптимальных режимов сварки для материала заданной толщины.

Материалы и оборудование:

1. Медные пластины размером 150 ×100

2. Установка для сварки неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона

3. Вольфрамовые электроды d=2.4 мм

4. Стальная пластина

Теоретические сведения:

Сварка в среде защитных газов находит наиболее широкое применение при изготовлении сварных конструкций из меди и ее сплавов. Но необходимость применения предварительного, а при больших толщинах и сопутствующего подогрева является серьезным затруднением этого способа сварки меди.

В качестве защитных газов при сварке меди можно использовать аргон, гелий, азот. При сварке в аргоне и гелии неплавящимся электродом длина дуги должна быть как можно меньше (обычно около 3 мм). Значительно длиннее дуга в азоте (около 12 мм). Поэтому в зависимости от среды, в которой выполняется сварка, резко отличается и статические характеристики дуг (рис. 2). Напряжение дуги, а следовательно, ее мощность и тепловложения самые высоки в азоте (в 3…4 раза больше, чем в аргоне). В гелии эти показатели примерно в 2 раза выше, чем в аргоне.

При сварке в азоте металл сварочной ванны проявляет тенденцию к уменьшению жидкотекучести, поэтому швы более склонны к порообразованию, особенно при малых размерах сварочной ванны и повышенной скорости ее охлаждения.

Рис. 2. Статистические характеристики дуг при сварке меди неплавящимся электродом в разных защитных газах (длина дуги N2 - 12 мм; Не – 3 мм; Ar – 3 мм)

Смеси газов для сварки меди применяются редко. Для повышения скорости сварки рекомендуется смесь аргона с азотом или гелием, с объемным содержанием аргона до 70… 80 %.

Аргон (первый и второй сорт по ГОСТ 10157-73), является универсальным газом, наиболее широко применяется при сварке меди и ее сплавов.

Сварке в среде защитных газов может осуществляться неплавящимся (вольфрамовых) и плавящимся электродами. Неплавящимся электродом сваривают в аргоне без предварительного подогрева медь толщиной до 4…6 мм, в гелии и азоте – толщиной до 6…8 мм. Плавящимся электродом можно сваривать без подогрева металл большой толщины: в аргоне –до 6…6 мм, в гелии и азоте – до 10…12 мм.

В качестве неплавящегося электрода используют лантанированные или иттрированные вольфрамовые электроды диаметром до 6 мм:

Таблица 2.

Толщина заготовки, мм	1…1,5	2…3	4…10	11…16	>16
Диаметр электрода, мм	1,6…2	3…4	4…5	5…6	6

Сварка вольфрамовым электродом осуществляется на постоянном токе прямой полярности. Медь толщиной до 5…6 мм можно сваривать без разделки кромок. Для металла больших толщин применяют V – образную и Х – образную разделку с углом раскрытия 60…700. В качестве присадочного металла используют проволоку и прутки из раскисленной меди, бронзы Бр.КМц3-1, Бр.ОЦ4-3, медно-никелевого сплава МНКЖТ5-1-0,2-0,2.

Параметры режимов предварительного подогрева и сварки меди неплавящимся электродом можно выбрать по номограмме (рис. 3) или по справочным данным (табл.3).

Это позволяет увеличить проплавляющую способность дуги. Сварочно-технологические свойства флюс-паст проявляются в сравнительно узком диапазоне режимов. Так, оптимальным режимом при сварке пластин толщиной 5 мм и использовании флюс-пасты системы MgF2 - AlF3 - MnF2 является режим: Iсв = 300 А; Vсв = 17 м/ч.

Эффект от применения флюсов-паст оценивается по площади проплавления металла.

Таблица 3

Режимы аргонодуговой сварки меди вольфрамовым электродом

Подготовка кромок	Толщина металла, мм	Диаметр электрода. мм	Число проходов, включая подвароч- ный шов	Диаметр присадоч- ной про- волоки, мм	Свароч- ный ток, А	Расход аргона, л/м
Без раздел- ки кромок	1,2	2,5 - 3	1	1,6	120 -130	7 - 8,5
	1,5			2	140-150
	2	3 - 4		2 - 3	200-230
	2,5			2,5 - 3	220-230	8 - 10
	3				230-250
	4				260-300
V-образная разделка	6	3 - 4	2	2,5 - 3	250-350	8 - 10
	10	4 - 5	4	3 - 6	200-400	7 - 8
	12		5		250-450	8 - 10
	16		6		300-400
Х-образная разделка	19	5 - 6	6	3 - 6	250-550	10 - 12
	25		8		250-600	12 - 14

Увеличение погонной энергии резко снижает эффект от применения флюсов. Поэтому оптимальный состав флюса-пасты является переменным, он зависит как от тока, так и от скорости сварки.

Таблица 4

Режимы сварки меди и медно-никелевых сплавов в среде азота

Толщина металла, мм	Диаметр проволоки, мм	Uд, В	Iсв, А
2,5 - 3,5	1,0	19 - 30	150 - 170
	1,2	30 - 31	170 - 190
4,0 - 5,0	1,0	30 - 31	180 - 200
	1,2	31 - 32	200 - 230

Наиболее высокие механические свойства соединений достигаются при сварке раскисленной меди с применением такого же присадочного материала (σ_в =210 МПа; α = 180˚). При сварке нераскисленной меди пластичность швов снижается.

Рис.3. Рекомендуемые режимы подогрева и сварки, формы разделок меди

для ручной сварки неплавящимся электродом

Порядок проведения работы:

1. Самостоятельно до аудиторных занятий проработать данные методические указания.

2. Изучить технологию сварки меди неплавящимся (вольфрамовым) электродом в среде аргона.

   1. Ознакомиться с устройством поста для дуговой сварки в среде аргона, подготовить его к работе. Закрепить в горелке вольфрамовый электрод. Установить сварочный ток и расход газа, в зависимости от диаметра электрода.

   2. Произвести подготовку пластин под сварку с V-образным скосом кромок под общим углом 70-80˚, с притуплением 2-3 мм.

   3. Установить пластины на стальной подкладке встык с зазором в 1 мм и произвести прихватку

   4. Подобрать диаметр присадочной проволоки, силу сварочного тока по диаметру электрода и толщине свариваемых пластин, расход аргона.

   5. Выполнить наплавку валика с присадочной проволокой, фиксируя режим и время горения дуги.

Таблица 5

Форма записи результатов работы

№ пп.	Материал пластины	Расход аргона, л/мин	Длина дуги, мм	Диаметр вольфрамового электрода dэл, мм	Режим сварки			Размеры шва, мм
					Iсв, А	Uд, В	Vсв, м/ч	Глубина проплавления hпр, мм	Ширина шва b, мм

3. Вырезать из сварных пластин образцы, с помощью штангенциркуля определить глубину провара, ширину шва, высоту усиления шва. Результаты опытов занести в табл. 6

Содержание отчета:

• описание методики проведения опытов

• разработать технологический процесс сварки заданного узла.

• результаты проведенного опыта занести в соответствующие графы таблиц;

• сформулировать выводы и объяснить полученные результаты;

• краткое описать устройства и работы сварочной установки;

Вопросы для самоконтроля:

1. Маркировка сварочной проволоки для сварки меди и ее сплавов.

2. Флюсы для сварки электродуговой сварки меди и ее сплавов.

3. Как выбирают ток при сварке меди под слоем флюса.

4. Технология сварки меди в среде защитных газов неплавящимся электродом.

5. Методика выбора подготовки кромок и режима сварки меди неплавящимся вольфрамовым электродом.

6. Что такое флюс-пасты и для чего они применяются при сварке вольфрамовым электродом.