Билет № 21

Вопрос 1. Сварка цветных металлов (медь и ее сплавы, алюминий, титан).

К техническим цветным металлам относятся медь и ее сплавы — латунь и бронза, алюминий и его спла­вы, титан.

Особенность сварки цветных металлов обусловлена их свойствами:

1. Температура плавления невысокая, поэтому лег­ко получить перегрев металла, что может привести к образованию пор и изменению состава сплава.

2. Способ окисляться с образованием тугоплавких оксидов затрудняет процесс сварки, снижает физико-механические свойства шва.

3. Повышенная способность расплавленного метал­ла поглощать газы (кислород, азот, водород) приводит к пористости шва.

4. Большая теплоемкость и высокая теплопровод­ность вызывает необх- димость повышенного теплово­го режима варки и предварительного нагрева изделия перед сваркой.

5. Относительно большие коэффициенты литейно­го расширения и литейная усадка приводят к возник­новению внутренних напряжений, деформаций, к об­разованию трещин в металле шва и околошовной зоны.

6. Резкое уменьшение механической прочности и возрастание хрупкости металлов при нагреве могут привести к непредвиденному разрушению изделия.

При сварке необходимо учитывать свойства каж­дого из металлов.

Сварка меди и ее сплавов. Особенность сварки меди заключается в следующем.

1. Медь обладает высокой теплопроводностью, боль­шой жидкотекучестью, способностью окисляться в нагретом и особенно в расплавленном состоянии.

2. Сварка меди в значительной степени зависит от наличия в металле различных примесей: висмута, мышьяка, свинца, сурьмы.

Они практически не растворяются в меди, но обра­зуют с ней легкоплавкие химические соединения, ко­торые располагаются по границам зерен, ослабляя меж­атомные связи.

Чистая медь обладает наилучшей свариваемостью.

3. Повышенная жидкотекучесть меди затрудняет ее сварку в различных пространственных положени­ях, кроме нижнего.

4. Водород в присутствии кислорода оказывает от­рицательное действие на свойства меди. Расплавлен­ная медь легко окисляется, образуя оксид меди Cu₂O, который легко поглощает водород и оксид углерода (Cu₂О + 2Н = Н₂О + 2 Cu). При охлаждении в объеме металла выделяются пузырьки паров воды и углекис­лого газа, которые не растворяются в меди. Эти газы, расширяясь, создают большое внутреннее давление и приводят к образованию местных трещин. Это явле­ние получило название водородной болезни меди.

Для предупреждения болезни следует снижать ко­личество водорода в зоне сварки, прокаливать элект­роды, флюсы, использовать защитные газы.

5. При сварке меди покрытыми медными электро­дами без подогрева возможно возникновение горячих трещин.

6. При сварке с подогревом, создающим условие медленного охлаждения, водяной пар в большинстве случаев до затвердевания металла выходит наружу, но небольшая часть водяного пара остается между слоем сварочного шлака и поверхностью металла шва.

В результате этого поверхность металла шва после удаления шлака становится неровной. Этого можно избежать при очень медленном охлаждении шва.

Виды сварки меди:

• дуговая сварка угольным электродом (неплавящимся);

• дуговая сварка плавящимся электродом;

• автоматическая сварка под слоем флюса;

• ручная аргонодуговая сварка вольфрамовым элект­родом (сварка в защитных газах);

• газовая сварка.

Рассмотрим подробнее все эти виды сварки.

Дуговая сварка угольным электродом (неплавящим-ся). Применяется для малоответственных изделий. При толщине меди до 15 мм применяют угольные электро­ды, при больших толщинах — графитовые.

В том и другом случае в качестве присадочного материала используют прутки из меди марки М₁ и Б_рОФ 6,5-0,15.

Для предохранения меди от окисления и уду чте­ния процесса сварки применяют флюсы, которые на­носят на разделку шва и на присадочные прутки. Флюс — прокаленная бура.

Присадочный материал не погружают в ванну, а держат под углом 30° к изделию на расстоянии 5-6 мм от поверхности ванны. Электрод держат под углом 75° к изделию.

Листы толщиной до 4 мм сваривают с отбортовкой кромок без присадочного металла. При толщине бо­лее 5 мм сваривают с разделкой кромок под углом 60-90°.

Сборка под сварку должна обеспечить минималь­ные зазоры (до 0,5 мм), чтобы предупредить протека­ние расплавленного металла шва.

Рекомендуется использовать подкладки из графи­та, асбеста, керамики.

Сварка производится постоянным током прямой по­лярности.

Скорость сварки довольно большая и при возмож­ности — за один проход.

Для электрода 0 4...6 мм при толщине металла до 4 мм сила тока 140-320 А, для электрода 0 более 4 мм сила тока 350-500 А.

После сварки тонкие листы проковываются в холодном состоянии, а толстые (5-20 мм) —при темпе­ратуре 200-400°. Подогрев до более высокой темпе­ратуры не рекомендуется, так как медь становится хрупкой.

Дуговая сварка плавящимся электродом (металли­ческим). Подготовка кромок и обработка шва произво­дится так же, как и при сварке угольным электродом.

При толщине металла 5-10 мм необходимы пред­варительный подогрев до температуры 250-300°С и Х-образная разделка.

Металлические электроды изготавливают из меди марок М1 и М2, названные «Комсомолец-100». Элект­роды Ø 3 мм применяются редко вследствие низкой механической прочности.

Электроды марки ЭТ Балтийского завода со стерж­нем из бронзы Бр.КМц 3-1. Сварку ведут максималь­но короткой дугой.

Высокопроизводительные электроды АНЦ-1 и АНЦ-2 обеспечивают сварку без подогрева меди тол­щиной до 15 мм.

Используют постоянный ток обратной полярности. Максимально короткая дуга, так как увеличение дуги ведет к разбрызгиванию металла и снижает механи­ческие свойства шва.

Колебательные движения отсутствуют. Сила тока определяется по формуле I= 50d .

Ручная аргонодуговая сварка вольфрамовым элек­тродом (сварка в защитных газах). Выполняется угольным или вольфрамовым электродом на постоян­ном токе прямой полярности.

Защитный газ — аргон, гелий.

Присадочная проволока марки М1 или Бр.КМц 3-1.

При толщине металла более 4 мм сваривают с пред­варительным подогревом.

Автоматическая сварка под слоем флюса. Произ­водится под флюсом марок ОСЦ-45, АН 348-А, АН-20. Проволока диаметром 1,6-4 мм марки М1 или Бр.КМц 3-1.

Газовая сварка. Требует повышенной мощности пламени. Для листов толщиной до 10 мм мощность пламени 150 дм³/ч на 1 мм толщины металла, а свы­ше 10 мм — 200 дм³/ч.

Для уменьшения отвода теплоты изделие закрыва­ют листовым асбестом.

Пламя используют строго нормальное. Избыток аце­тилена вызывает образование пор и трещин, а избы­ток кислорода ведет к окислению металла шва.

Нагрев и плавка меди производится восстановитель­ной зоной.

Наклон горелки — 80-90°. Сварку ведут быстро, без перерывов, за один проход.

Присадочная проволока — чистая медь или медь с раскислителем.

Диаметр проволоки от 1,5 до 8 мм, в зависимости от толщины металла.

В процессе сварки подогретый конец присадочного прута периодически обмакивают во флюс, так его пе­реносят в сварочную ванну.

Для получения мелкозернистой структуры металл проковывают: толщиной до 5 мм — в холодном состо­янии; при большой толщине — в горячем состоянии (200-300 °). После производят отжиг при температуре до 550°С и охлаждают в воде. При этом шов получает­ся более пластичным.

Сварка латуни. Латунь — это сплав меди с цин­ком. Сваривается теми же способами, что и медь.

Основное затруднение при сварке латуни связано с кипением и интенсивным испарением цинка, пары ко­торого в воздухе образуют ядовитые окислы.

При дуговой сварке применяют присадочные прут­ки из латуни ЛМц 58-2 и флюс из молотого борного шлака или буры.

При автоматической сварке используют проволо­ку из меди М1 и флюс АН-348А или ОСЦ-45.

При газовой сварке нормальным пламенем выделя­ются пары цинка, в результате чего шов получается пористым. Поэтому применяют пламя окислительное. Избыток кислорода окисляет часть цинка, и образую­щая на поверхности сварочной ванны оксидная плен­ка защищает расплавленный металл от дальнейшего окисления.

Сварка бронзы. Бронзой называется сплав меди с любым из металлов, кроме цинка. Сваривается так же, как и медь.

Сварка алюминия и его сплавов. Алюминий обла­дает малой плотностью, высокой тепло- и электропроводностью. Наибольшее применение получили спла­вы алюминия с марганцем АМц.

Поверхность алюминия и его сплавов покрыта ту­гоплавкой оксидной пленкой, плавящейся при темпе­ратуре 2050 °С. Эта пленка очень затрудняет сплавле­ние основного и присадочного металла. Поэтому сва­риваемые кромки необходимо тщательно очистить механическим или чаще всего химическим способом.

Виды сварки те же, что и меди, но используются прутки с алюминиевой основой и сварочная проволо­ка на основе алюминия (СвА97, СвАМц).

Газовую сварку выполняют левым_ способом нор­мальным пламенем.

Сварка титановых сплавов. Титан обладает анти­коррозионной стойкостью. Титан более активен по срав­нению с алюминием к поглощению кислорода, азота, водорода в процессе нагрева. Поэтому при сварке тех­нического титана необходима особо надежная защита от этих газов. Такая защита осуществляется при дуго­вой сварке в инертных газах и при использовании флю­сов-паст, которые являются бескислородными.

Дуговая сварка титана и его сплавов покрытыми, угольными электродами и газовым пламенем не при­меняется. Этими видами сварки невозможно обеспе­чить высокое качество сварных соединений из-за слиш­ком большой активности титана к кислороду, азоту и водороду.