Свариваемость материалов

ротких или криволинейных швов в различных пространственных положениях, труднодоступных мест), а также числом изготав­ ливаемых изделий (серия) и требованиями, предъявляемыми к их качеству.

27.4.2. Газовая сварка

При единичном производстве и ремонтных работах рекоменду­ ется использовать газовую сварку, в процессе которой осуще­ ствляется подогрев и начальная термическая обработка изде­ лия. Невысокие температурные градиенты уменьшают воздей­ ствие сварочного термического цикла на металл в зоне сварки (шов, зона термического влияния). Возможно раскисление и легирование металла через присадочную проволоку. Газовую сварку можно применять как для чистой меди, так и для ее сплавов.

Газовая горелка — тепловой источник малой сосредоточен­ ности, поэтому для сварки меди желательно использовать аце­ тилено-кислородную сварку, обеспечивающую наибольшую тем­ пературу ядра пламени. Для сварки толщин более 10 мм ре­ комендуется применять две горелки, из которых одна исполь­ зуется для подогрева, а вторая для образования сварочной ванны.

Раскисление металла сварочной ванны, несмотря на защиту от окружающей среды продуктами сгорания, производится из­ влечением закиси меди флюсами или введением раскислителей через присадочную проволоку.

Сварочные флюсы для меди содержат соединения бора (борная кислота, борный ангидрид, бура), которые растворяют закись меди, образуя легкоплавкую эвтектику, и выводят ее в шлак. Кроме соединений бора, флюсы могут содержать фос­

Флюсы наносят на зачищенные и обезжиренные сваривае­ мые кромки по 10—12 мм на сторону. Дополнительно их можно вносить с помощью присадочного металла, на который наносят покрытие из компонентов флюса и жидкого стекла с добавками древесного угля [10—20 % (по массе)). При сварке алюминие­ вых бронз в состав флюса надо вводить фториды и хлориды, растворяющие АЬОз, который получайся при окислении алю­ миния в составе бронзы.

При сварке Си т о л щ и н о й д о 3 мм разделку кромок не про­ изводят, в качестве присадочной проволоки используют медь Ml или М2, так как медь не успевает существенно окислиться. При больших толщинах применяют присадочную проволоку, ле­ гированную раскислителями. При сварке медных сплавов со­ став присадочной проволоки должен совпадать с составом основного металла. При сварке латуней следует применять кремнистую латунь ЛК80-3. Медь больших толщин сваривают в вертикальном положении. После сварки осуществляют про­ ковку в подогретом состоянии (до 300—400 °С) с последующим отжигом. При проковке получается мелкозернистая структура шва и повышаются его пластические свойства.

При правильно выполненной сварке и последующей про­ ковке сварные швы имеют прочность ов=166-ь215 МПа и угол загиба 120—180°.

27.4.3. Ручная сварка

Выполняется на постоянном токе обратной полярности. Ориен­ тировочные режимы приведены в табл. 27.2.

Медь толщиной до 4 см сваривают без разделки кромок, до 10 мм — с односторонней разделкой при угле скоса кромок до 60—70° и притуплении 1,5—3 мм. При большей толщине реко­ мендуется Х-образная разделка.

Для сварки латуней, бронз и медноникелевых сплавов при­

«Комсомолец-100», в состав покрытия входят следующие ком­ поненты, % (по массе): плавиковый шпат 10, полевой шпат 12, ферросилиций 8, ферромарганец 50, жидкое стекло 20. Подо­ грев свариваемых кромок необходим при толщине более 4 мм, при толщине 5—8 мм металл подогревают до 200—300 °С, при толщине 24 мм 750—800 °С.

Теплопроводность и электропроводность металла шва при сварке покрытыми электродами значительно снижаются. В про­ цессе плавления электрода с покрытием в металл шва перехо­ дит часть легирующих компонентов и электропроводность шва составляет порядка 20 % от электропроводности меди Ml. Ме­ ханические свойства швов, выполненных дуговой сваркой по­ крытыми электродами, вполне удовлетворительны: a„=176-s- 4-196 МПа, угол загиба 180°.

Ручная дуговая сварка латуни применяется редко, так как интенсивное испарение Zn затрудняет работу сварщика. При сварке латуни применяют предварительный подогрев, понижен­ ные токи и повышенные скорости. Сварные соединения из ла­ туни Л62 имеют (Хв 243—340 МПа, угол загиба 126—180°.

Сварку бронз покрытыми электродами выполняют постоян­ ным током обратной полярности как с подогревом, так и без предварительного подогрева, применяемые токи 160—280 А, диаметр электродов 6—8 мм.

27.4-4. Автоматическая сварка под флюсом

Основным преимуществом автоматической сварки Си под флю­ сом является возможность получения стабильных высоких ме­ ханических свойств без предварительного подогрева. Поэтому прН изготовлении крупногабаритных сварных конструкций из Си больших толщин технологический процесс достаточно прост й почти не отличается от процесса сварки сталей.

электрофизические свойства соединений по сравнению с основ: ныМ металлом. Применение бескислородных фторидных флю­ сов, например марки АН-Ml, который содержит, % (по массе), 55 MgF2, 40 NaF, 5 BaF2, позволяет получать швы, удельное сопротивление которых в 1,5 раза ниже, а теплопроводность в 2 раза выше по сравнению со швами, выполненными под кис­

лым флюсом АН-348А.

Для электродуговой сварки меди используются керамические флкхсы: ЖМ-1 для сварки меди и К-13МВТУ для сварки меди со сталью.

Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности при жестком закреплении на подкладках из охлаждаемой меди (толщиной до 2,5 мм) или на графите (толщиной 5—6 мм). Со­ став флюса К-13МВТУ, % (по массе): глинозем 20, плавиковый шпат 20, кварцевый песок 8—10, магнезит 15, мел 15, бура без­ водная 15—19, порошок алюминия 3—5. Применение керамиче­ ского флюса позволяет раскислить и легировать металл шва, электро- и теплопроводность металла шва получаются на уровне

исходного металла.

С увеличением толщины металла керамические флюсы ста­ новятся ограниченно пригодными, так как не обеспечивают тре­ буемой плотности и необходимой пластичности соединения. Сни­ зить пористость при сварке Си и хромистой бронзы позволила смесь, состоящая из 80 % (по массе ) флюса АН-26С и 20 % флюса АН-20С. Лучшие результаты по плотности швов обеспе­ чивает флюс сухой грануляции АН-М13 (ВТУ ИЭС 56Ф 72).

Для сварки латуни применяют плавленые флюсы (АН-20, ФН-10), а также специально разработанный для латуней флюс МАТИ-53 Ориентировочный режим сварки латуни толщиной 12 ммток дуги /д= 450-^470 А, напряжение £/д = 30-т-32 В, ско­ рость сварки цс» = 25 м/ч, используется односторонняя сварка без разделки кромок в один проход [3]. Предел прочности свар­ ного соединения из латуни марок Л62, ЛМц58-2, Л062-1, вы­ полненного проволокой БрОЦ4-3 под флюсом АН-20, без уси

ления шва составляет 245—343 МПа, а с усилием шва 294— 392 МПа, угол загиба 100—180°

Автоматическую дуговую сварку под флюсом применяют для соединения меди со сталью. Сварка производится со смещением электрода на медь, практически без оплавления стали: расплав­ ленная медь смачивает стальную кромку и соединение образу­ ется за счет диффузии меди в сталь. Применяется специальная разделка кромок: скос только медной кромки под углом 45° с притуплением, равным половине толщины. Стыковое или уг­ ловое соединения собираются без зазора, расстояние оси элек­ трода от края медной кромки составляет 0,65—0,70 толщины меди. Режим сварки такой же, как и при сварке медных со­ единений, но сварочный ток снижают на 15—20 %. Сварные соединения медь — низкоуглеродистая сталь обладают хоро­ шими механическими свойствами: ав = 205-4-225 МПа, ф= 59-4- 4-72%, KCU=343^-981 кДж/м2.

27-4.5. Электрошлаковая сварка меди и ее сплавов

Применяется для Си больших толщин 30—55 мм. Легирование шва осуществляют, применяя пластинчатые электроды соответ­ ствующего состава. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления меди, применяются легкоплавкие флюсы системы NaF—LiF—CaF2 , которые обеспечивают устой­ чивый процесс, подогрев и плавление кромок на требуемую глу­ бину, хорошее формирование шва и легкое удаление шлаковой корки. Особенностью режимов электрошлаковой сварки меди являются повышенные сварочные токи: / = 800-И000 A, UR= =404-50 В, скорость подачи пластинчатого электрода 12— 15 м/ч. Механические свойства металла шва мало отличаются от свойств основного металла: ств= 190-7-197 МПа, 6= 46-5-47%. KCU= 1559-4-1579 кДж/м2, а = 180°.

27.4.6. Дуговая сварка в защитных газах

Ручную, полуавтоматическую и автоматическую сварку Си и ее сплавов можно производить плавящимся и неплавящимся электродом. Наиболее часто применяют сварку вольфрамовым электродом с подачей присадочного металла в виде проволоки непосредственно в зону дуги, узкой профилированной проставки, закладываемой в стык, или с применением технологиче­ ского бурта на одной из стыкуемых деталей. Реже применяется сварка плавящимся электродом.

В качестве защитных газов используют азот особой чистоты по МРТУ 6-02-375—66, аргон сорта высший по ГОСТ 10157—79, гелий высшей категории качества марок А и Б по ТУ 51-940—80, а также их смеси в соотношении по объему 50—75 % аргона.

При сварке в среде аргона плавящимся электродом процесс не­ устойчив, с трудом устанавливается стабильный струйный пере­ нос металла в сварочной дуге. При сварке в среде азота эф­ фективный и термический КПД дугового разряда выше, чем для аргона и гелия. Глубина проплавления получается выше, но устойчивость дугового разряда в азоте ниже, чем в аргоне и гелии. Несмотря на высокую чистоту защитных газов, медь при сварке подвергается окислению и может возникать пористость [6], что определяет необходимость применения легированных присадочных и электродных проволок.

Сварку меди неплавящимся электродом осуществляют на по­ стоянном токе прямой полярности. При сварке электрод рас­ полагают строго в плоскости стыка, наклон электрода 60—80° «углом назад». При сварке Си т о л щ и н о й более 4—5 мм реко­ мендуется подогрев до 300—400 °С.

Присадочные проволоки из чистой меди Ml, МО при сварке обеспечивают получение металла шва, по составу и физическим свойствам близкого к основному металлу, однако механические свойства сварного соединения понижены, наличие пористости уменьшает плотность металла шва. При введении в состав при­ садочных проволок раскислителей и легирующих компонентов механические свойства возрастают, но, как правило, снижается тепло- и электропроводность металла шва, что в ряде случаев недопустимо. В таких случаях рекомендуются присадочные про­ волоки, легированные сильными раскислителями в микроколи­ чествах, которые после сварки не остаются в составе твердых

дисперсные шлаковые включения и поэтому не влияют на фи­ зические свойства металлов.

Составы присадочных проволок приведены в табл. 27.5. При­ менение присадочных проволок для сварки чистой меди, при­ веденных в табл. 27.5, позволяет получить металл шва с физи­ ческими и механическими свойствами на уровне основного ме­ талла Ml, коррозионная стойкость сварных соединений такая же, как и у основного металла.

Другие способы сварки. Медь, как металл высокой пластич­ ности, хорошо сваривается всеми видами сварки термомехани­ ческого класса, кроме контактной сварки, так как медь обла­ дает малым переходным электрическим сопротивлением. Для приварки выводов из тонких медных проволок в изделиях элек­ тронной техники используют термокомпрессионную сварку. Для более крупных изделий сложной конфигурации широко приме­ няют диффузионную сварку в вакууме, позволяющую получать соединения меди не только с медью, но и с другими металлами и даже неметаллическими материалами.

Холодную сварку меди пластической деформацией сдвига или сдавливания используют для сварки медных шин в энерге­ тических установках. В этом случае обеспечивается удовлетво­ рительное электрическое сопротивление сварных соединений.

Г л а в а 28. НИКЕЛЬ И ЕГО СПЛАВЫ (Фролов В. В., Ермолаева В. И.)

28.1* Физико-химические свойства никеля

Никель-химический элемент VIII группы Периодической системы Д . И. Мен­ делеева с порядковым номером 28 и атомной массой 58,71. Никель образует две аллотропные модификации: a-Ni кристаллизуется в гексагональной ре­ шетке плотной упаковки и устойчив ниже 250 °С, 0-Ni кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке.

Основные свойства никеля приведены ниже [1]:

пературе и при нагревании. При обычной температуре воздух и вода не

сплавы газовой сваркой нежелательно, так как длительное воз­ действие высокой температуры может привести к понижению коррозионной стойкости.

При сварке никеля и его сплавов для улучшения сваривае­ мости приходится вводить в зону сварки легирующие компо­ ненты, поэтому химический состав сварного шва отличается от основного металла.

В зависимости от способа сварки никеля могут быть приме­ нены различные методы легирования металла шва. Наиболее надежным методом легирования является применение электрод­ ной проволоки определенного состава в сочетании с пассивным нелегирующим электродным покрытием, с флюсом или исполь­ зование сварки в инертных газах.

28.4. Технология сварки и свойства соединений

28.4.1. Подготовка под сварку

При сварке Ni и его сплавов необходима тщательная зачистка кромок и прилегающих к ним участков на ширине 20—25 мм механическим путем, так как на них образуется налет, содер­ жащий серу, с последующим обезжириванием в ацетоне, уайтспирите или бензине. Химическое травление, как правило, не применяется, однако при наличии пленки окислов на поверхно­ сти металла рекомендуется обработка в растворе следующего состава: 1 л Н2 0, 1,5 л H2 SO4 , 2,25 л HNO3 , 30 г NaCl в тече­ ние 5—10 с с последующей промывкой в воде, нейтрализацией в 1 %-ном водном растворе аммиака и сушкой.

Металл в сварочной ванне при сварке никеля и его спла­ вов более вязок, чем при сварке сталей, и поэтому проплавля­ ется на меньшую глубину, что требует значительной разделки кромок и увеличения их притупления. При сварке кислотостой­ кой аппаратуры следует избегать стыковых соединений с от­ бортовкой кромок, так как образующиеся в этом случае «кар­ маны» могут вызвать появление щелевой коррозии при экс­ плуатации.

28.4.2. Газовая сварка

Газовую сварку преимущественно применяют при малой тол­ щине (до 3—4 мм) Ni или его сплавов. В основном использУ' ется ацетилено-кислородное пламя нормальное или слегка вос­ становительное, р= 0,97+1,0, так как избыток ацетилена молсет вызвать пористость металла шва. Электродную проволоку ис­ пользуют марок Н-1, НП-1, НП-2, а также применяют коМ' плексно-легированные проволоки, содержащие Ti, Al, Mn, Si. марок НМцАТЗ-1,5-0,6 и НМцТКЬ 1,5-2-0,15 (ТУ 48-21-284—73)-

В качестве присадочного материала используют проволоку из справа НМц2,5, нихрома Х20Н80.

При газовой сварке Ni используют многокомпонентные флюсы: керамические типа ЖН-1 и плавленые фторидные и высокоосновные марок АН-Ф5, АН-Ф7, АН8, АН-29, 49-ОФ-6.

Для сварки никеля и его сплавов применяют «левый» и «правый» способы. При «левом» способе сварочная ванна более интенсивно взаимодействует с кислородом окружающей атмо­ сферы, его следует применять для сварки тонких листов (1— 2 мм). При «правом» способе охлаждение сварочной ванны происходит медленнее, при этом уменьшается окисление рас­ плавленного металла и пористость.

Сварку Ni следует выполнять без задержек и возврата на сваренный участок во избежание перегрева околошовной зоны, сопровождающегося образованием трещин. Следует также из­ бегать многослойной газовой сварки. Металл толщиной 1— 2 мм сваривают в один проход без скоса кромок. Для стыковых швов металла больших толщин делается V-образная разделка.

Сварные соединения из никеля, выполненные газовой свар­ кой, имеют ав = 274-ь314 МПа, а=90-г120°. Нормализация со­ единений при температуре 825—900 °С повышает их пластич­ ность и вязкость.

Сварка нихрома затруднена образованием на поверхности ванны тугоплавкой пленки оксида хрома, которую удаляют ме­ ханическим путем. Сварка нихрома выполняется с максималь­ ной скоростью и без перерывов за один проход, так как по­ вторное расплавление металла может привести к образованию трещин. Применяется пламя с небольшим избытком ацетилена при мощности 50—70 л/ч на 1 мм толщины [5]. В качестве при­ садочного прутка используется проволока, близкая по составу к основному металлу, с пониженным содержанием С и содер­

сварных соединений из нихрома составляет 343—441 МПа.

28.4-3. Ручная дуговая сварка

Для ручной дуговой сварки Ni и его сплавов применяют элек­ троды с качественными покрытиями. Наиболее качественные швы обеспечивают электроды с покрытием «Прогресс-50», ко­ торые применяют для сварки никеля марок Н-1, НП-1, НП-2. Электроды с покрытием ЭНХД-10 предназначаются для сварки никелевокремнистых сплавов, с покрытием ЭНХМ-100 — для ни­ хрома и никелевомолибденовых сплавов. Для сварки сплавов типа ХН80ТБЮ, ХН80ТБЮА, ХН70ВМТЮ и ХН75МВТЮ ис­ пользуют электроды с покрытием типа ИМЕТ и ВИ-2-6. Про-