книги из ГПНТБ / Фоминых В.П. Электросварка учеб. для проф.-техн. училищ

разделки кромок и присадочной проволоки. Для преду­ преждения попадания окисной пленки алюминия в ме­ талл шва применяют флюс АФ-4А.

Ручная дуговая сварка металлическим электродом.

ОЗА-1 и АФ-4аКР. Сварку ведут постоянным током об­ ратной полярности при предварительном подогреве сва­ риваемых листов: при толщине 6—8 мм до 200° С, при толщине 8—16 мм до 350—400° С.

Электроды перед сваркой просушивают при темпера­

назначены электроды А-2. Сварка выполняется при пред­ варительном подогреве до 300—400° С (АМц) и 280— 300° С (АЛ-9) постоянным током обратной полярности короткой дугой. Для сварки сплавов АЛ-2, АЛ-4, АЛ-5, АЛ-9 и АЛ-11 предназначены электроды ОЗА-2. Сварку выполняют короткой дугой постоянным током обратной полярности при подогреве места сварки до 250—400° С.

Ручная аргоно-дуговая сварка. Для сварки применя­ ют аргон марок А и Б. Сізарку выполняют вольфрамовым электродом на переменном токе. Удаление окисной плен­ ки происходит в момент, когда изделие бывает катодом, т. е. вследствие катодного распыления. Если стыковые соединения выполняют без разделки кромок (при толщи­ не металла до 4 мм), то ток подбирают по следующей формуле:

/ = 50 • S

где / — сварочный ток, с; 5 — толщина металла, мм.

Металлы большой толщины сваривают с разделкой кромок слоями. Ток подбирают из расчета 35—40 а на 1 мм диаметра вольфрамового электрода.

Никель и его сплавы

Общие сведения. Никель — металл, имеющий темпера' ратуру плавления 1453° С и плотность 8,9 г/см3 и обла­ дающий достаточно высокой стойкостью против корро-

200

зии на воздухе, пластичностью и прочностью, а также жаропрочностью и большим омическим сопротивлением. Никель в технике используется в чистом виде и в виде

никельхромовые (нихромы), никельмолибденовые, никелькобальтовые и др.

Основные трудности при сварке никеля возникают из-за склонности металла шва образовывать поры и кри­ сталлизационные трещины.

Причинами образования пор в металле шва при свар­ ке никеля являются большая растворимость газов при высоких температурах, особенно водорода и кислорода и выделение их в момент кристаллизации.

Причиной возникновения кристаллизационных трещин в металле шва является образование легкоплавкой эв­ тектики Ni—NiS. Для предупреждения образования кристаллизационных трещин в расплавленный металл вводят элементы, связывающие в процессе сварки серу в более тугоплавкие, чем NiS, соединения. Такими эле­ ментами являются марганец и магний, образующие с се­ рой тугоплавкие соединения MnS и MgS. Полезно для этой цели добавить в сварной шов небольшое количест­ во титана. Пленка окиси никеля, имеющая температуру плавления 1650° С, т. е. выше температуры плавления ос­ новного металла, также затрудняет сварку.

Ручная дуговая сварка металлическим электродом. Ручную дуговую сварку металлическим электродом вы­ полняют постоянным током обратной полярности корот­ кой дугой. Для сварки применяют электроды Н37к или «Прогресс-50». Во время сварки концом электрода де­ лают небольшие поступательно-возвратные движения. При смене электрода или случайных обрывах дуги ее возбуждают, отступая на 5—6 мм от кратера назад (за­ чистив перед этим шов от шлака).

Каждый последующий слой шва начинают сваривать после остывания сварного соединения и тщательной очи- . стки предыдущего слоя от шлака и брызг.

Сварные швы, обращенные к агрессивной среде, вы-, полняют последними, причем их кратеры не должны сов­ падать с кратерами расположенных нижних слоев.

Для сварки медионикелевых сплавов постоянным то-, ком обратной полярности применяют электроды МЗОК.

Для сварки литого и кованого никельмолибденового

201

сплава (при содержании молибдена 25—30%), работаю­ щего в средах соляной и серной кислот, используют элек­ троды ХН-1. Сварку ведут короткой дугой постоянным током обратной полярности.

Ручная аргоно-дуговая сварка. Никель и его сплавы сваривают неплавящимся вольфрамовым электродом по­ стоянным током прямой полярности. Чтобы предупре­ дить образование пор в металле шва, к аргону добавляют водород. Появление пор в металле шва можно также уст­ ранить введением в состав проволоки ниобия, алюминия и кремния, которые связывают газы.

Титан имеет высокое химическое сродство к кислоро­ ду, азоту и водороду: интенсивное насыщение его водо­ родом начинается уже при температуре 250° С, кислоро­ дом — при 400° С и азотом — при 600° С. С повышением температуры активность титана резко возрастает. Ско­ рость взаимодействия титана с кислородом в 50 раз вы­

в а-фазе, так и в ß-фазе и является сильным стабилизато­ ром а-фазы. Титан является единственным элементом, способным гореть в азоте. Водород стабилизирует ß-фазу титана и образует с титаном твердые растворы и гидрид ТіН2 .

При охлаждении титана ниже 100—150° С происходит Еыпадение гидрида (у-фазы), что является причиной Об­ разования холодных трещин при сварке. При медлен­ ном охлаждении у-фаза выделяется в виде тонких пла­ стинок, а при закалке — в виде высокодисперсных ча­ стиц.

главным образом на его склонность к разрушению. Од­ ним из наиболее важных свойств титана является его вы­ сокая коррозионная стойкость во многих агрессивных

202

У

средах. Титан обладает высокой прочностью при нор­ мальной и повышенной температурах.

Основными трудностями при сварке титана являются: а) высокая его активность по отношению к кислороду, азоту и водороду как в расплавленном, так и в твердом

состоянии; б) высокая склонность к росту зерна ß-фазы и пере­

греву; в) образование хрупкой а'-фазы при охлаждении.

Для получения качественного сварного соединения ти­ тана в нем ограничивают содержание азота, кислорода, водорода и углерода; с этой целью защищают металл шва и околошовной зоны при сварке инертными газами. Для защиты шва и околошовной зоны от воздуха приме­ няют горелки с козырьком. Корень шва защищают плот­ ным поджатием кромок свариваемых деталей к медной или стальной подкладке и подачей инертного газа в под­ кладку, изготовленную из пористого материала. Механи­ ческие свойства и структуру металла шва и околошовной зоны можно регулировать выбором наиболее рациональ­ ных режимов и технологии сварки, а также последующей термической обработкой. Аргоно-дуговую сварку титана в инертных газах выполняют в среде аргона марок А и Б постоянным током прямой полярности.

При сварке сосудов или труб инертный газ подводят внутрь изделия. Для сварки деталей из титана применя­ ют герметичные камеры, заполненные инертным газом.

§ 57. НАПЛАВКА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ

Материалы для наплавки

Наплавкой называют процесс наплавления на поверх­ ности изделия слоя металла для изменения размеров или придания специальных свойств (твердости, антикоррозионности, износоустойчивости и т. д.). Наплавка может выполняться металлическими штучными электродами,

203

стальной наплавочной проволокой (лентой) и твердыми сплавами.

Твердыми сплавами называют сплавы карбидо- и боридообразующих металлов — хрома, марганца, титана, вольфрама и других с углеродом, бором, железом, ко­ бальтом, никелем и пр. Они могут быть литыми и порош­ ковыми.

К л и т ы м т в е р д ы м с п л а в а м относится прутко­ вый сормаііт, поставляемый в виде стержней диаметром 6—7 мм и длимой 400—450 мм, содержащий 25—31% хрома, 3—5% никеля, 2,5—3,3% углерода, 2,8—3,5% кремния, до 1,5% марганца, до 0,07% серы и 0,08% фос­ фора, остальное — железо, а также другие сплавы. Ли­ тые твердые сплавы применяют для наплавки штампов, измерительного инструмента, деталей станков и механиз­ мов, работающих в условиях интенсивного износа. На­ плавку ведут ацетилено-кислородным пламенем, уголь­ ным электродом, а также вольфрамовым электродом в среде аргона.

К п о р о ш к о о б р а з н ы м т в е р д ы м с п л а в а м относятся сталинит и сормайт. Порошкообразный стали­ нит содержит 24—26% хрома, 6—8,5% марганца, 7—10% углерода, до 3% кремния, до 0,5% серы и фосфора, остальное — железо.

Металлические электроды для дуговой наплавки из­ готовляют по ГОСТ 10051—62, согласно которому элек­ троды классифицируются в зависимости от химического состава и твердости наплавленного металла (всего пре­ дусмотрено 25 типов электродов).

Способы наплавки

В настоящее время в промышленности используется большое количество различных способов наплавки.

Ручная дуговая наплавка. Наплавка выполняется ме­ таллическими плавящимися* одиночными электродами, пучком электродов, лежачими пластинчатыми электро­ дами, трубчатыми электродами, дугой прямого и косвен­ ного действия и трехфазной дугой.

Наплавку электродами можно выполнять во всех про­ странственных положениях. Она выполняется путем пос­ ледовательного наложения валиков, наплавляемых при расплавлении электрода, на поверхность изделия. На­ плавляемая поверхность при этом должна быть чистой

204

(зачищена до металлического блеска). Поверхность каж­ дого наложенного валика и место для наложения следукн щего валика также тщательно зачищают от шлака, ока« лины и брызг.

Для получения сплошного монолитного слоя наплаве ленного металла каждый последующий валик должен пе*- рекрывать предыдущий на Уз—Уг'своей ширины.

Толщина однослойной наплавки составляет 3—б мм. Если необходимо наплавить слой толщиной более б мм, перпендикулярно первому наплавляют второй слой ва­ ликов. При этом первый слой валиков должен быть тщательно очищен от брызг, окалины, шлаковых включе­ ний и других загрязнений.

Дуговая наплавка под флюсом. По способу выпол­ нения может быть автоматической или полуавтоматиче­ ской, а по количеству применяемых проволок — одноэлектродной и многоэлектродной. Применяемые для наплав­ ки под флюсом наплавочные проволоки по конструкции разделяют на сплошные и порошковые, а по форме — на круглые и ленточные.

Дуговая наплавка в защитных газах вольфрамовым (неплавящимся) и проволочным металлическим (плавя­ щимся) электродом. Для защиты дуги используют аргон, азот, водород и углекислый газ.

Производительность труда при наплавке оценивают весом или площадью (размерами) наплавленного ме­ талла.

Вибродуговая наплавка. Эта наплавка является раз­ новидностью электрической дуговой наплавки металличе­ ским электродом и выполняется путем вибрации электро­ да. Амплитуда вибрации находится в пределах от 0,75 до 1,0 диаметра электродной проволоки.

Электрошлаковая наплавка. Отличительной особен­ ностью этого способа наплавки является высокая произ­ водительность, при которой могут быть достигнуты не только десятки, но и сотни килограмм наплавленного металла в час. Наплавка производится с принудительным формированием металла за один проход. Электроды при­ меняются практически любого сечения: прутки, пластины и т. п. Глубину проплавления основного металла можно регулировать в широких пределах.

Наплавка открытой дугой. Для этой цели применяют порошковую проволоку с внутренней защитой, которая*' позволяет расширить область применения механизиро-'

205

ванной износостойкой наплавки. При наплавке этой про­ волокой применение флюса или защитного газа не тре­ буется, поэтому способ отличается простотой и маневрен­ ностью и создается возможность восстановления деталей сложной формы, глубоких внутренних поверхностей, де­ талей малых диаметров и пр. В настоящее время имеются различные конструкции аппаратуры, а также разработа­ на технология упрочнения деталей широкой номенклату­ ры. Расход проволоки составляет 1,15—1,35 кг на 1 кг наплавленного металла. Производительность при полу­ автоматической наплавке повышается в 2—3 раза по сравнению с наплавкой штучными электродамп.

Плазменная наплавка. При плазменной наплавке ис­ точником тепла является высокотемпературная сжатая дуга, получаемая в специальных горелках. Большое при­ менение получили плазменные горелки с дугой прямого действия, горящей между неплавящпмся вольфрамовым электродом и наплавляемым изделием. Иногда применя­ ют горелки комбинированного типа, в которых от одного электрода одновременно горит две дуги — прямого и кос­ венного действия.

Присадочным материалом при этом способе наплавки служит проволока, лента, порошок и пр. Практический интерес представляет прежде всего наплавка с присадкой мелкозернистого порошка. В этом случае применяется плазменная горелка комбинированного типа. Порошок при помощи транспортирующего газа подается из пита­ теля в горелку и там вдувается в дугу. За время пребы­ вания в дуге большая часть порошка успевает распла­ виться, так что на наплавляемую поверхность попадают уже капельки жидкого присадочного материала.

Технология наплавки

Перед началом наплавки устанавливают высоту на­ плавочного слоя. Перед наплавкой, как и перед сваркой, поверхность, подлежащая наплавке, должна быть очище­ на от грязи, ржавчины, окалины, масла и влаги. При на­ ложении первого слоя наплавки стремятся каждый пре­ дыдущий валик перекрывать на 25—30% его ширины, сохраняя при этом постоянство его высоты. При необхо­ димости увеличить высоту наплавочного валика, произво­ дят наплавку следующего валика, очистив перед наплав­ кой наплавленный слой от неметаллических включений

206

и шлака, образованных при наложении предыдущего слоя.

В зависимости от марки металла наплавка может про­ изводиться без подогрева изделия и с предварительным подогревом.

Основными требованиями, предъявляемыми к качест­ ву наплавки, являются: надежное сплавление основного металла с наплавленным; отсутствие дефектов в наплав­ ленном металле; идентичность свойств наплавленного металла.

Надежное сплавление наплавки с основным металлом обеспечивается подбором силы тока, что для наплавоч­ ных установок с постоянной скоростью подачи электрода соответствует подбору скорости подачи проволоки или ленты.

В о п р о с ы д л я с а м о п р о в е р к и

1.Для каких целей используют наплавку?

2.Какие способы наплавки вам известны?

Г Л А В А XIII

В Ы С О К О П Р О И З В О Д И Т Е Л Ь Н Ы Е С П О С О Б Ы Р У Ч Н О Й Д У Г О В О Й С В А Р К И

§58. СВАРКА ПУЧКОМ ЭЛЕКТРОДОВ,

СГЛУБОКИМ ПРОВАРОМ, НАКЛОННЫМ

ИЛЕЖАЧИМ ЭЛЕКТРОДОМ, ЭЛЕКТРОДАМИ БОЛЬШИХ ДИАМЕТРОВ,

ВАННАЯ СВАРКА И СВАРКА Т Р Е Х Ф А З Н О Й Д У Г О Й

Чтобы облегчить труд сварщика и повысить произво­ дительность труда в промышленности, применяют различ­ ные высокопроизводительные способы сварки.

Сварка пучком электродов. Принцип этого способа состоит в том, что два или несколько электродов соединя-

'ю т в пучок (в двух-трех местах, контактные концы сва­ ривают друг с другом), которым при помощи обычного электрододержателя ведут сварку. При сварке пучком электродов дуга возникает между свариваемым изде­ лием и одним из его стержней и по мере оплавления пос­ леднего переходит на соседний, т. е. дуга горит попере-

207

менно между каждым из электродов пучка и изделием. В результате этого нагрев стержней электродов внутрен­ ним теплом будет меньше, чем при сварке одностержневым электродом при той же величине тока. Поэтому при сварке пучком можно устанавливать большую величину тока, чем при сварке одинарным электродом такого же диаметра. А это в свою очередь позволяет увеличить про­ изводительность труда.

стым слоем, чем обычно, позволяют сконцентрировать поток тепла сварочной дуги, повысить ее проплавляющее действие — увеличить глубину расплавления основного металла. Сварка в таких случаях ведется короткой дугой, горение которой поддерживается за счет опирания ко­ зырьком покрытия на основной металл. Этот способ при­ меняют в основном при сварке угловых и тавровых сое­ динений.

Сварка наклонным электродом. При данном способе сварки оплавляющийся конец электрода опирается о сва­ риваемые кромки, а сам электрод перемещается вдоль линии соединения по мере заполнения разделки кромок.

Сварка лежачим электродом. Сущность этого способа заключается в том, что электрод с качественным покры­ тием укладывается в разделку шва. Длина дуги в про­ цессе горения равна толщине слоя покрытия. Для сварки лежачим электродом используют электроды диаметром 6—10 мм, длину которых подбирают равной длине шва, но не более 800—1000 мм. Для удержания уложенного электрода в разделке, а также для изоляции и защиты дуги применяют медные накладки.

электродами больших диаметров имеет следующие не­ достатки:

большой вес электрододержателя, с электродом приво­ дит к быстрой утомляемости сварщика;

электродами больших диаметров трудно выполнять сварку в узких местах;

при сварке электродами больших диаметров возни­ кает значительное магнитное дутье.

Ванная сварка. Сварка широко применяется при сое­ динении стержней арматуры железобетонных конструк-

208

ций, железнодорожных рельсов и т. д. Ее выполняют од­ ним или несколькими электродами.

Чаще всего применяют электроды УОНИ-13/55У и УОНИ-ІЗ/85У при повышенной величине тока, что обес­ печивает разогрев свариваемых элементов для создания большой ванны жидкого металла. Ванну жидкого метал­ ла удерживают специальной формой. Сварку начинают в нижней части формы в зазоре между торцами стерж­ ней, передвигая электрод вдоль этого зазора.

В процессе сварки наплавляемый металл все время должен находиться в жидком состоянии, поэтому элек­ троды следует менять как можно быстрее. Когда уровень жидкого металла будет находиться выше середины сече­ ния стержней, тепловое действие дуги уменьшают, для чего ее направляют в среднюю часть ванны. Для полу­ чения прочного сварного шва его выполняют с усилением; уровень шва должен быть выше поверхности стержней. В конце процесса сварки для ускорения охлаждения ван­ ны периодически прерывают дугу. Для экономии металла применяют разъемные формы, изготовленные из меди или керамики.

Сварка трехфазной дугой. Сущность способа состоит в следующем: в держатель, имеющий два токоподвода, закрепляют электрод, представляющий собой два элек­ тродных стержня в общем слое покрытия или два обыч­ ных электродных стержня с качественным покрытием. Через токопроводы в держателе к электродным стержням подводят две фазы сварочной цепи. Третью фазу подво­ дят непосредственно к детали. Во время сварки дуга горит между двумя электродами и между каждым элек­ тродом и изделием.

Сварку трехфазной дугой применяют при изготовле­ нии конструкций, требующих значительного объема на­ плавленного металла, при наплавке твердых сплавов, исправлении дефектов в стальном литье, при сварке сое­ динений, требующих глубокого проплавления, и при свар­ ке ванным способом стальной арматуры диаметром 60—

ПО мм.

§ 59. БЕЗОГАРКОВАЯ СВАРКА

Сущность способа заключается в том, что электрод не закрепляется в держателе, а приваривается к нему торцом, что позволяет использовать весь металл егостер-