16.2. Сварка чугуна
Чугуны относятся к категории плохо свариваемых материалов. Чугуны сваривают в двух случаях: для исправления дефектов отливок и при ремонте (после эксплуатации). Для сварных конструкций чугуны не применяют.
Основные способы сварки чугуна – дуговая металлическим или угольным электродом, газовая сварка.
Дуговая электросварка без подогрева заготовок не удовлетворяет требованиям качества – образуется отбел в переходной зоне, закалка околошовной зоны. Для их устранения применяют длительный высокотемпературный отжиг.
Горячую сварку чугуна выполняют с предварительным подогревом деталей в печах, горнах до 400–800 С. Сваривают чугунными электродами диаметром 8–25 мм со специальным покрытием. Сила сварочного тока –50–90А на 1 мм диаметра электрода (до 1800 С). Сваренные детали охлаждают вместе с печью. Однако процесс горячей сварки чугуна дорог и, кроме того, резко ухудшаются условия труда.
При горячей сварке для уменьшения внутренних напряжений в массивных деталях сложной конфигурации рекомендуется сваренные детали подвергать вторичному нагреву до температуры 600–700 С охлаждением с печью.
Сваривают чугуны также науглераживающим газовым пламенем с флюсами на основе буры.
При холодной сварке чугуны сваривают стальными, медноникелевыми, медножелезными и чугунными электродами из аустенитного чугуна на малых токах. Медножелезные электроды состоят из медного прутка с оплеткой из тонкой стали со специальным покрытием на основе мела и графита. Медь обладает графитизирующей способностью, уменьшает вероятность отбела. Сварку выполняют постоянным током обратной полярности. Диаметр электрода – 3 мм.
Для сварки ответственных деталей (гидроцилиндры, станины), работающих при значительных нагрузках и не требующих механической обработки в зоне сварного шва, применяют сварку с помощью стальных шпилек. При этом способе заготовки в зоне разделки кромок и сварного шва засверливают с последующей запрессовкой стальных шпилек. Затем заготовки сваривают стальными электродами с увеличенной шириной усиления шва.
При полугорячей сварке чугунные заготовки подогревают до температуры 300–400 С в термических печах, с помощью газовых горелок, паяльной лампы. Заваренные детали засыпают мелким древесным углем или сухим песком.
16.3. Сварка цветных металлов
16.3.1. Сварка меди и ее сплавов
Физико-химические свойства меди и ее сплавов оказывают существенное влияние на процессы сварки. К особенностям сплавов на основе меди, которые необходимо учитывать при сварке, следует отнести следующие:
сплавы меди в жидком виде легко окисляются с образованием тугоплавких оксидов;
небольшая разница между температурой плавления и температурой кипения могут стать причиной перегрева и даже испарения металла в зоне сварного шва;
повышенная растворимость газов;
большая теплоемкость и высокая теплопроводность требуют предварительного нагрева заготовок и большого сварочного тока;
относительно большой коэффициент линейного расширения и линейная усадка могут быть причиной трещинообразования и корабления сварных деталей;
при температуре 500–600 С медь становится хрупкой, а при 700–800 С – резко снижается прочность.
Для сварки меди и ее сплавов применяются следующие способы сварки: газовая, ручная дуговая, автоматическая сварка под флюсом медным электродом, в атмосфере защитных газов.
При газовой сварке меди используют ацетилено-кислородное пламя повышенной мощности, заготовки толщиной более 5 мм обязательно подогревают. Для повышения качества сварного шва после сварки изделия проковывают в холодном или горячем состоянии.
При электродуговой сварке используют угольные или металлические электроды. При сварке угольными электродами присадочные прутки из оловянистой или кремнистой бронзы и флюсы на основе буры.
Металлические электроды состоят из медного стержня, покрытого специальной обмазкой. Сила сварочного тока – 50–60 А на 1 мм диаметра электрода. Успешно применяют сварку меди в атмосфере защитных газов. Варят на постоянном токе прямой полярности с подогревом заготовок от 200 до 800 С.
Основной трудностью при сварке латуней является испарение цинка. К тому же пары цинка ядовиты. При газовой сварке латуни в пламя горелки вместе с ацетиленом вводят пары боросодержащих жидкостей. Имеются и другие технологические приемы, повышающие качество сварки и снижающие испарение цинка.
Бронзы варят только с целью исправления дефектов отливок и для ремонтных целей.
16.3.2. Сварка алюминия и его сплавов
Сварка алюминия затруднительна из-за образования на поверхности заготовок прочной и тугоплавкой (температура плавления – 2050 С) пленки окиси алюминия. При сварке пленка покрывает капли металла и препятствует их сплавлению. Для растворения окислов применяют активные флюсы (хлористые и фтористые соли щелочноземельных металлов) или сварку в атмосфере инертных газов.
Для сварки алюминия и его сплавов применяют ручную дуговую сварку покрытым электродом (прутки того же состава, что и основной металл), аргонодуговую и газовую сварку. Алюминий обладает высокой теплопроводностью и большой теплотой плавления, поэтому сварочная дуга должна быть большой мощности. Сваривают на постоянном токе обратной полярности.
Для формирования корня шва применяют медные и стальные подкладки.
Наиболее широко применяют сварку в защитных газах. Сила сварочного тока при аргонодуговой сварке – до 400А. Толстые листы и отливки рекомендуется подогревать до 400 С.
Деформируемые сплавы АМ и АМц свариваются без особых проблем. Дуралюмины свариваются плохо. Они склонны к перегреву и не поддаются исправлению. Зона термического влияния теряет прочность на 40–50%. Применяют также точечную и стыковую сварку на высоких токах при минимальном времени сварки.
Подготовка заготовок под сварку из алюминиевых сплавов включает: обезжиривание (уайт-спиритом, специальные водные растворы с температурой 60–70 С); механическое удаление окисной пленки (металлической щеткой, шабрением); повторное обезжиривание; подогрев.
16.3.3. Сварка магния и его сплавов
Чистый магний в машиностроении не применяют. Магниевые сплавы имеют высокую удельную прочность при сохранении малой плотности. Сварке подвергаются только деформируемые магниевые сплавы.
Магний имеет высокое сродство к кислороду. При сварке сплава магния активно окисляются. Окисная пленка имеет высокую температуру плавления (2825 С) и затрудняет образование однородной сварочной ванны. Кроме того, она удерживает большое количество влаги, способствует образованию газовой пористости. Магний активно взаимодействует также с углекислым газом, азотом, водородом. Магниевые сплавы склонны к образованию крупнозернистой структуры и высоким коэффициентом линейного расширения, что влечет коробление, холодные и горячие трещины. При контакте с влагой жидкий магний склонен к возгоранию.
Для сварки магниевых сплавов применяют в основном ручную аргонодуговую сварку, а также – в атмосфере углекислого газа, сварку 3-х фасной дугой, контактную стыковую, точечную, очень редко – газовую.
Подготовка заготовок под сварку – сложный процесс, который включает: обезжиривание в щелочной ванне, промывку в проточной воде (50–60 С), удаление окисной пленки в щелочи (10–15 мин), промывку в горячей проточной воде, промывку в холодной воде, химическое травление в специальном растворе (окись хрома, окись натрия, фтористый кальций), промывку, сушку горячим воздухом.
16.3.4. Сварка титана и его сплавов
Высокая температура плавления титана (1668 5 С), высокая химическая активность при повышенных температурах, резкое снижение пластичности сплавов при взаимодействии с кислородом, азотом и водородом затрудняют процесс сваривания, хотя и считается, что при содержании указанных газов ниже предельно допустимых значений он обладает хорошей свариваемостью.
Сварку титановых сплавов производят в основном в атмосфере аргона или гелия на постоянном токе обратной полярности. Сборку, прихватку и сварку корневого шва выполняют вольфрамовым неплавящимся электродом, а последующие слои – в защитной атмосфере плавящимся электродом марки ВТ-1, ВТ-2, ВТ-5. Диаметр электрода 1,2–2 мм, сила сварного тока 150–380 А.
Сварка титановых сплавов под флюсом обеспечивает хорошее качество сварного шва. Применяют бескислородные солевые флюсы, состоящие из фторидов и хлоридов. Сварку ведут на токах обратной полярности. Диаметр электрода – 2 мм, сила сварного тока – 190–340А.
Сварка титановых сплавов находится в стадии дальнейших исследований.