Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология металлов и сварка. Раздел «Сварочное производство». Учебно-методическое пособие
.pdf
(нержавеющими). К ним относятся стали марок 08Х18Н10,
12Х18Н10Т, 08Х18Н12. Эти стали являются немагнитными и
удовлетворительно деформируемыми; их широко
используют в химическом и общем машиностроении.
Аустенитные стали с повышенным содержанием
никеля применяют при изготовлении емкостей для хранения
и перевозки сжиженных газов, имеющих низкую
температуру кипения (кислород – минус 183оС, водород –
минус 253оС).
При сварке сталей могут образовываться горячие
трещины. Стали хорошо свариваются всеми видами сварки,
однако лучшие результаты обеспечивает дуговая сварка.
После сварки необходима термическая обработка: закалка –
нагрев до 1050-1150оС и быстрое охлаждение водой или
воздухом. При повторном нагреве до 600-750оС в сталях, не
содержащих титан или ниобий, возможно явление
межкристаллитной коррозии (образование окислов вдоль
границ зерен аустенита, приводящее к охрупчиванию и
разрушению металла).
При отсутствии в стали титана или ниобия должно
быть минимальное количество углерода. Углерод образует
на границах карбиды хрома, тем самым снижая количество
хрома в аустените. При содержании хрома в аустените менее
13% начинается коррозия.
Высокой коррозионной стойкостью против
межкристаллитной коррозии обладает безуглеродистая сталь
00Х18Н10, однако такие стали имеют высокую стоимость.
Поэтому используют сталь с 0,12%С, но микролегированную
более сильным карбидообразователем по сравнению с
хромом, например, титаном в количестве 0,3-0,5%.
При нагреве это приводит к появлению карбидов
титана, а количество хрома в растворе сохраняется на
прежнем уровне, поэтому коррозии не наблюдается.
При сварке присадочная проволока должна быть
такого же состава, что и свариваемый металл, т.е. должна
51
содержать в своем составе титан или ниобий, например,
присадочная проволока марки Св-0Х18Н9Т, Св-1Х18Н9Б.
Также рекомендуется снижать количество углерода и в
сварочной проволоке.
Мощность пламени выбирается умеренной. Основной
металл следует закрывать вдоль шва мокрым асбестом.
Непосредственно после сварки рекомендуется поливать швы
и околошовную зону холодной водой (т.е. проводить
закалку).
Режимы дуговой сварки должны обеспечить быстрое
выполнение процессов, однако, сварку ведут на умеренных
токах. Это объясняется высоким удельным электрическим
сопротивлением хромоникелевых сталей и, следовательно,
значительным перегревом электродов, что в свою очередь
вызывает сползание электродного покрытия.
Сварку ведут на постоянном токе обратной
полярности при плотности тока 35-40 А/мм2 электродами
марки ЦЛ-2, ЦЛ-4 УОНИ 13/нж. Для тяжелых условий
работы используют электроды марки ЦЛ-11, вводящие в
металл шва через покрытие ниобий. Диаметры электродов
принимаются равными 4-5 мм, практически независимо от
толщины свариваемого металла. По возможности в стыковых
соединениях следует избегать скоса кромок, а при наличии
их применять минимальный угол раскрытия и притупление в
1,5 – 2,5 мм. Длина дуги должна быть короткой (не более
диаметра электрода). Для отвода тепла рекомендуется сварка
на медных подкладках.
Режимы сварки нержавеющей стали в среде
защитных газов выбирают в зависимости от состава газа и
толщины металла.
При аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом
применяют оба рода тока, однако предпочтителен
постоянный ток прямой полярности.
Для сварки рекомендуют:
52
- диаметр вольфрамового электрода для стали
толщиной 2 мм;
- присадочная проволока должна иметь тот же состав,
что и свариваемый металл;
- диаметр присадочной проволоки 1,5-2,0 мм;
- рабочий ток составляет 35-75 А, рабочее напряжение
12-18 В;
- скорость сварки 10-30 см/мин;
- аргон чистый и технический, расход аргона 2,5-3,0
л/мин.
Для сварки стали толщиной более 3мм в среде
углекислого газа применяют постоянный ток прямой
полярности, а присадочную проволоку марки 0Х18Н9.
Режимы контактной сварки предполагают среднюю
величину сжатия и применение специальных прерывателей
тока, обеспечивающих минимальное время контакта.
При автоматической сварке под флюсом применяют
постоянный ток обратной полярности или переменный ток
повышенного напряжения. При этом режимы электрического
тока мало отличаются от режимов тока для сварки
углеродистых сталей. Применяют также электрошлаковую
сварку.
Порядок выполнения работы
5. Повторить правила техники безопасности в
лаборатории сварки.
6. Ознакомиться с методикой выполнения работы
7. Ответить на контрольные вопросы.
8. Выполнить практическое задание.
9. Исследовать качество сварного шва. При
обнаружении дефектов шва определить его причины,
что отразить в отчете.
10. В отчете указать марку стали, расшифровать марку.
11. Указать форму свариваемых образцов: пластины или
прокат; указать и зарисовать вид сварного шва.
53
12. Указать и зарисовать тип соединения свариваемых
образцов: пластины или проката; указать и
зарисовать вид сварного шва.
Контрольные вопросы
1. Что является основным критерием качества сварного
шва?
2. В каких случаях электродуговую сварку следует вести
на постоянном токе, а когда на переменном?
3. В каких случаях следует проводить разделку кромок?
4. Что может являться причиной прожога сварного шва?
5. Что может являться причиной непровара сварного
шва?
6. 10Г2С, 10Г2СД, 10ХНДП; 12ГС, 14Г2, 15ХСНД
14Х17Н2, 12Х13, 14Х12В2МФ, 12Х17, 15Х25Т,
08Х17Т. Какие из перечисленных марок
легированных сталей обладают лучшей
свариваемостью? Почему? Расшифруйте химический
состав сталей.
7. Какой вид сварки обеспечивает наиболее
удовлетворительные результаты при сварке
легированных сталей?
54
Лабораторная работа № 6
Сварка сплавов на основе алюминия
Цель работы: изучение особенностей сварки изделий
из алюминия и его сплавов; освоение методики
электродуговой сварки алюминиевых сплавов различных
марок; исследование с помощью макроанализа сварного шва
для выявления дефектов сварки и объяснения причины
возникновения дефектов.
Оборудование
1. Инвертор для электродуговой ручной сварки,
алюминиевые электроды ОЗАНА-1, пластины
алюминиевого сплава
2. Полуавтомат «Кристалл-ВС350» для электродуговой
сварки алюминия в среде аргона
Сварка алюминия и его сплавов
К свариваемым алюминиевым сплавам относятся
сплавы АД, АД1, АМц, АМг3, АМг5В, АМг6, АВ, АД31,
АД33, АД35, Д20, ВАД1, В92Ц и др.
Особенностью сплавов алюминия и его сплавов
является легкая окисляемость алюминия. На его поверхности
очень быстро образуется плотная пленка оксида Al2O3,
которая имеет более высокую температуру плавления
(2053оС) и большую удельную плотность (3,97 г/см3), чем
о
алюминий (660
С и 2,7 г/см3, соответственно). Эта пленка, с
одной стороны защищает поверхность металла от
дальнейшего окисления, но одновременно препятствует
сплавлению кромок. Для осуществления нормального
процесса сварки перед сваркой следует удалять оксиды с
поверхности кромок металла. Оксиды удаляют методами
механической зачистки и химическим травлением.
При сварке пленка Al
покрывает капли
2O3
расплавленного металла и препятствует сплавлению с
основным металлом. Для ее удаления (растворения) из
сварочной ванны применяют порошкообразные флюсы или
специальные пасты. Примером флюса при сварке алюминия
55
используют смесь KCl (50%), NaCl (30%) и LiF (20%).
Стержень электрода покрывают смесью обмазки составом:
KCl (50%), NaCl (15%) и криолита Na3AlF (35%). При этом
флюсы и обмазки подразделяются на литиевые и
безлитиевые. Литиевые являются более активными, более
гигроскопичными и дорогими.
Известно, что алюминий в жидком состоянии активно
растворяет водород. При охлаждении и затвердевании
растворимость водорода резко снижается. Водород из
металла выделяется и располагается по границам зерен в
виде мельчайших пузырьков. При окончательном
затвердевании металла возникает пористость шва, что
снижает его прочность и нарушает герметичность.
Основным источником водорода является
взаимодействие влаги, содержащейся в оксидной пленке, с
металлом:
2Al+3H2O = Al2O3 + 6H ↑
Поэтому поверхность свариваемого металла и
сварочной проволоки должна быть сухой.
Основной мерой борьбы с водородом в алюминиевых
сплавах является удаление оксидной пленки с поверхности
свариваемого металла и с поверхности сварочной проволоки,
а также снижение концентрации растворенного в металле
водорода.
При сварке алюминиевых сплавов возможно
образование горячих трещин из-за вредного воздействия на
пластичность и прочность металла эвтектики, влияние
которой усугубляют процессы дендритной ликвации. Для
предупреждения возникновения горячих трещин применяют
присадочную проволоку с добавками элементов,
улучшающих структуру шва (Zr, Ti, B). Также производят
сварку с активным воздействием на процесс кристаллизации
металла, перемешивая его, например, в сварочной ванне
внешним магнитным полем. В результате воздействия
сварочного нагрева происходит увеличение зерен в
56
околошовной зоне у металлов, не упрочняемых термической
обработкой (снятие эффекта нагартовки). Более
существенное влияние на механические свойства оказывает
нагрев при сварке термообрабатываемых сплавов (например,
дуралюмина). В таких сплавах могут появляться горячие
трещины в зоне оплавления зерен. Ширина зоны оплавления
существенно зависит от метода сварки.
При затвердевании алюминий и его сплавы дают
большую усадку (0,9-1,45%); вследствие этого в
околошовной зоне также могут возникнуть трещины. Для
уменьшения усадки и исключения возникновения трещин
при сварке алюминия и его сплавов применяют прутки и
электроды специального состава (близкого к химическому
составу основного металла).
Алюминиевые сплавы сваривают прежде всего
аргонодуговой сваркой.
Перед сваркой кромки изделия и присадочные прутки
очищают металлической щеткой от грязи, обезжиривают
бензином и раствором каустической соды, а затем
подвергают травлению. Травление производят в растворе
едкого натра (NaOH) (45-50 г/дм3) при температуре 50-70оС
в течение 1 мин. После травления изделия промывают в
холодной и горячей воде. Для удаления пленки Al2O3 из
сварочной ванны применяют порошкообразные флюсы или
специальные пасты, содержащие до 5% кремния.
Несмотря на трудности, алюминий и его сплавы
можно сваривать почти всеми способами. В ряде случаев
применяют электронно-лучевую сварку, холодную сварку,
сварку ультразвуком, взрывом и трением, особенно при
соединении деталей с другими металлами.
При проектировании сварных конструкций из
алюминиевых сплавов необходимо учитывать сложность их
сварки на весу с полным проплавлением. Большой
коэффициент линейного расширения вызывает
существенные деформации; высокая тепло- и
57
электропроводность приводит к необходимости увеличения
мощности источника энергии для их сварки.
Электродуговая сварка алюминия
в атмосфере защитных газов
В качестве защитных газов используют аргон и гелий.
Сварку металла толщиной до 15 мм производят
вольфрамовым электродом на постоянном токе обратной
полярности. При больших толщинах сварку ведут
плавящимся металлическим электродом на переменном токе
с использованием флюса.
Ручную электродуговую сварку алюминия и его
сплавов производят в основном металлическим плавящимся
электродом с покрытием (обмазкой). В состав обмазки
входят до 15% хлористого натрия (NaCl), до 50% хлористого
калия (KCl) и до 35% криолита Na3AlF. На 100 г смеси
добавляют 50 см3 воды. Связывающим веществом служит
NaCl, который одновременно является и флюсом. Толщина
обмазки на электроде достигает 1-1,2 мм. Автоматическую
электродуговую сварку осуществляют проволокой с
использованием флюса. Сварку ведут на постоянном токе
при обратной полярности. Шлак после сварки удаляют
горячей водой.
Плотность тока для ручной сварки составляет 35-45
2
А/мм
140-175 А/мм
, для автоматической дуговой сварки под флюсом –
2
при диаметре электродной проволоки до 2,5
мм.
Диаметр d электродной проволоки для ручной сварки
выбирают в зависимости от толщины металла s, как s+1 для
малых толщин и s/2 +3 для средних и больших толщин, но
не более 10 мм.
Состав электродного стержня идентичен составу
основного металла. Толщина слоя обмазки равна 0,7-1,1 мм.
Глубина ванны слоя флюса при автоматической сварке
составляет 12-20 мм, т.е. сварку ведут полуоткрытой дугой.
58
Для сварки алюминиевых сплавов малой толщины
рекомендуют способ Г.Д. Никифорова, который состоит в
автоматической сварке вольфрамовым электродом под
флюсом по отбортованным кромкам.
Аргоно-дуговую сварку неплавящимся производят
(вольфрамовым) электродом и применяют для деталей
толщиной 0,5–15 мм, а плавящимся электродом – для
деталей толщиной 4-100 мм и более. Для сварки используют
переменный ток с осциллятором и плотность тока для
вольфрамового электрода 25-35 А/мм2. Для плавящегося
электрода из алюминия или его сплавов используют
постоянный ток обратной полярности. Автоматическую
сварку в среде аргона производят при плотности тока 35-50
А/мм2 и расходом аргона 5-16 л/мин.
Электроконтактная точечная или роликовая сварка
алюминия. Для сварки листового алюминия и некоторых его
сплавов (дуралюминов) применяют точечную сварку,
шовную сварку и сварку оплавлением. Вследствие высокой
тепло- и электропроводности сварку производят токами
большой силы при очень коротком времени его протекания.
Широкое применение для этих целей находит
конденсаторная сварка, дающая мощный импульсный
сварочный ток за сотые доли секунды.
При точечной сварке листовой стали толщиной 2 мм
применяют ток силой 7500 А, продолжительностью сварки
0,5 с и давлении электродов 3 кН (300 кгс). Сварка
листового дуралюминия такой же толщины поводят силой
тока 31000А, продолжительностью сварки – 0,12 с при
давлении электродов 5 кН (500кгс).
В машинах, используемых для сварки алюминиевых
сплавов, применяют специальные ионные прерыватели,
обеспечивающие минимальное время протекания
электрического тока. Широкое применение нашли
конденсаторные машины, дающие мощный импульс
сварочного тока за сотые доли секунды.
59
Следует помнить, что алюминий и его сплавы при
нагревании теряют прочность и могут разрушиться даже под
действием своего собственного веса. Нагрев свыше 400оС
может сопровождаться появлением прогибов, изломов и
провалов участков свариваемых деталей. Поэтому при сварке
необходимо применять стальные или медные формирующие
подкладки. Высокая теплопроводность алюминия обязывает
применять общий или местный предварительный нагрев до
температуры 100-400оС в зависимости от толщины
свариваемой конструкции.
Холодную сварку давлением осуществляют без нагрева
свариваемых деталей. Сварное соединение образуется в
результате внедрения атомов одного металла в другой при их
соприкосновении под давлением в месте сварки вследствие
пластической деформации металла. При совместном сжатии
происходит диффузионный обмен электронов внешних
орбит атомов соединяемых металлов и образование общей
кристаллической решетки в сварном шве. Под действием
сжимающих усилий атомы свариваемых металлов,
расположенные на контактирующих поверхностях,
сближаются на расстояния действия межатомных сил,
вследствие чего возникают прочные металлические связи.
Качество холодной сварки зависит от подготовки
свариваемых кромок. Они должны быть тщательно очищены
от оксидов и жировых пленок. Холодную сварку
алюминиевых деталей толщиной до 10 мм проводят под
давлением в зоне сварки, значительно превышающим предел
текучести металла. Удельное давление выбирают в
зависимости от состава и толщины свариваемых деталей.
При достаточно больших удельных давлениях оксидные
пленки разрушаются и вытесняются из зоны сварки.
Сварку таким способом можно производить при
комнатной и даже отрицательной температурах.
Холодную сварку проводов осуществляют на
пневмогидравлических стационарных рычажных и
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]