Сварка различных материалов

Сварка различных материалов

В промышленности применяют различные металлы и сплавы, поэтому использование сварки при выполнении их соединений не является редкостью. Очень важно иметь представление о том, как правильно это делать. Далее будут рассмотрены особенности дуговой сварки различных материалов.

1. Сварка алюминиевых сплавов. В зависимости от состава алюминиевые сплавы имеют различную свариваемость. Например, дюралюминий (сплав алюминия с медью) отличается плохой свариваемостью, поэтому его соединяют не сваркой, а клепкой; силумины (сплавы алюминия с кремнием), напротив, варятся довольно хорошо.

При соединении алюминия используют сварку плавлением и давлением, способы сварки: ручная и механизированная в среде аргона плавящимся (при автоматической и полуавтоматической сварке) и неплавящимся (при ручной дуговой) электродами, а также покрытыми электродами (при толщине изделия более 5 мм).

Режим полуавтоматической сварки плавящимся электродом в среде аргона для металла толщиной 3 мм:

– диаметр электрода – 0,8 мм;

– величина сварочного тока – 120–145 А;

– скорость сварки – 30 м/ч;

– скорость подачи проволоки – 900 м/ч;

– расход газа – 15–17 л/мин.

Режимы автоматической сварки неплавящимся электродом представлены в табл. 26.

Таблица 26. ПРИМЕРНЫЕ РЕЖИМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ ВОЛЬФРАМОВЫМ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ

Основная проблема при сварке алюминия – наличие тугоплавкой оксидной пленки (температура плавления – 2050 °C). Поэтому данный материал требует специальной подготовки, т. е. обезжиривания (бензином или ацетоном), удаления с поверхности оксидной пленки (химическим или механическим способом) и применения присадок, которая должна быть завершена за 2–4 часа до проведения основных работ.

Для сварки алюминия и сплавов рекомендуется постоянный ток прямой полярности. Материал нуждается в предварительном подогреве до 300–400 °C в зависимости от толщины. Она же определяет и необходимость разделки кромок. Если толщина металла больше 2 мм, тогда детали сваривают с разделкой кромок и зазором, составляющим половину толщины металла; если толщина равна 1–2 мм, то изделие сваривают без разделки и применения присадок.

Скорость сварки алюминия должна превышать скорость сварки стали.

При сварке в среде аргона на переменном токе подбирают вольфрамовые электроды диаметром 5–6 мм при толщине изделия до 5 мм. Угол между присадочной проволокой, подаваемой возвратно-поступательными движениями, и электродом должен сохраняться прямым.

2. Сварка меди и ее сплавов сопряжена с определенными трудностями, поскольку этот металл имеет высокую теплопроводность и при расплавлении подвержен сильному окислению. Для меди и ее сплавов применяют практически любые виды и способы сварки. В нижнем положении используют дуговую сварку угольным либо металлическим плавящимся или неплавящимся электродом.

Медные пластины толщиной до 15 мм сваривают угольными электродами, а если она превышает 15 мм – графитовыми. Для сварки рекомендуется следующее:

– постоянный ток прямой полярности и применение длинной дуги;

– постоянный ток обратной полярности и короткую сварочную дугу при применении покрытых электродов (характер движений – возвратно-поступательный);

– положение электрода к изделию – под углом в 90°. При сварке присадочную проволоку (наилучшей считается проволока с раскислителем, которую может заменить флюс, состоящий из 95 % буры и 5 % металлического магния) не вводят в сварочную ванну, а придерживают под углом в 30° к поверхности изделия. Высокой производительностью отличаются электроды марок АНЦ-1 и АНЦ-2;

– использование асбестовых или графитовых подкладок;

– односторонняя сварка стыковых соединений в один проход;

– прогрев медных листов толщиной более 5 мм до 300 °C, односторонняя разделка кромок под углом в 70°. При толщине листов до 5 мм ни прогрев, ни разделка кромок не требуются.

Режимы сварки меди и ее сплавов наглядно представлены в табл. 27.

Таблица 27. ПРИМЕРНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ МЕДИ И ЕЕ СПЛАВОВ

3. К сварке бронзы прибегают в случае необходимости исправить дефектные отливки, при ремонте изделий из нее и для наплавки. Для этого используют угольные и металлические электроды, а в среде аргона – вольфрамовые. Технология сварки бронзы аналогична работе с медью (ток постоянный обратной полярности). Но есть некоторые особенности, которые следует иметь в виду:

– вести процесс нужно быстро, чтобы ограничить нагревание основного металла и величину сварочной ванны, ускорить охлаждение и кристаллизацию;

– следует применять присадочные прутки из фосфористой бронзы;

– подогревать металл при сварке и использовать флюсы необязательно.

4. Сварка чугуна призвана устранить дефекты, образовавшиеся в отливках и промышленных конструкциях. В соответствии с температурой предварительного подогрева сварка чугуна бывает:

1) холодной, которая предполагает ряд операций, а именно: очистку, разделку кромок, сварку и проковку. Для сварки подбирают определенные марки электродов:

– медно-никелевые (МНЧ-2), дающие наплавленный металл, поддающийся обработке. При их применении необходимо избегать перегрева изделия, поэтому его время от времени охлаждают. После сварки валики проковывают легким слесарным молотком;

– никелевые (ОЗЧ-3), которыми можно устранять небольшие дефекты на чугунном литье. Чтобы не допустить образования трещин в зоне сварного шва, изделие подвергают проковке;

– медно-железные (ОЗЧ-2), сфера применения которых совпадает с описанной в предыдущем пункте;

– железоникелевые (ОЗЖН-1), которые дают шов высокой прочности, наложенный на поверхность чугунного изделия;

– стальные (УОНИ-13/45) с легирующим покрытием, перед применением которых требуется разделать кромки изделия. При сварке шов накладывают отдельными участками длиной примерно 100 мм. После этого остуженное изделие проковывают;

2) горячей, в которую входят предварительная обработка, формовка, доведение температуры изделия до 600–800 °C, сварка и охлаждение. Очищенное от загрязнений изделие формуют, т. е. на дефектном участке разделывают полость для удобства манипулирования электродом, предотвращения вытекания расплавленного металла из сварочной ванны и сообщения наплавке надлежащей формы. Для формовки используют графитовые пластинки и формовочную массу (смесь кварцевого песка с жидким стеклом).

Подогрев, который необходим для снижения скорости охлаждения и повышения пластических свойств соединения, осуществляют посредством индукционного тока или помещают изделие, если его габариты позволяют, в нагревательную печь.

Для горячей сварки подходят электроды марок ЭЧ-1, ЦЧ-5 и ЭЧ-2 диаметром 8, 10, 12 и 16 мм, рассчитанные на работу при величине тока 600–800, 700–800, 10001200 и 1500–1800 А соответственно. Ручную дуговую сварку ведут угольными электродами диаметром 8-18 мм на постоянном токе прямой полярности (280–600 А).

Горячая сварка чугуна отличается большей трудоемкостью, чем холодная. При объемной сварочной ванне жидкий металл следует перемешивать концом присадочного прутка. Для защиты и раскисления металла применяют флюсы.

5. В основу классификации сталей могут быть положены различные признаки, например:

– по химическому составу стали подразделяются на углеродистые и легированные;

– по назначению – на конструкционные, инструментальные и с особыми свойствами;

– по способу производства – на конвекторные, мартеновские и электросталь и т. д.

В состав углеродистых сталей входят 0,1–0,7 % углерода, марганец, кремний, примеси серы и фосфора. Для каждой марки стали разработаны стандарты – ГОСТ 380-71 (обыкновенного качества), ГОСТ 1050-74 (качественная сталь), ГОСТ 5521-76 (для судостроения) и др.

Легированные стали имеют в своем составе элементы, введенные с целью придания материалу тех или иных свойств. По содержанию легирующих элементов стали делятся на низко– (до 2,5 %), средне– (2,5-10 %) и высоколегированные (более 10 %).

По свариваемости выделяются четыре группы сталей:

– хорошо свариваемые стали. Сюда входят низкоуглеродистые стали (содержание углерода – 0,23 %), например ВСт3 сп5, СтТсп; низколегированные низкоуглеродистые стали (содержание углерода – 0,15 %), например 10 Г2 С, 12 Г2 СМФ и др. Они свариваются без каких-либо ограничений (по толщине металла, температуре окружающего воздуха, жесткости изделия и пр.). Диапазон режимов довольно широкий;

– удовлетворительно свариваемые. Это стали с содержанием углерода 0,22-0,3 %, например Ст4, Ст25 и др.; низколегированные низкоуглеродистые стали (содержание углерода – 0,14-0,22 %), например 15 ХСНД, 16 Г2 АФ и др. Такие материалы свариваются с некоторыми ограничениями, в частности толщина металла не должна превышать 20 мм, температура воздуха должна быть не ниже -5 °C, а режим сварки следует тщательно подбирать;

– ограниченно свариваемые. Эту группу составляют углеродистые стали с содержанием углерода 0,3–0,4 %, например Ст5; низколегированные среднеуглеродистые стали (содержание углерода – 0,22-0,3 %), например 18 Г2 АФ, 20 ХГСА и др. Для сварки требуется подогрев (сопутствующий или предшествующий);

– плохо свариваемые. К ним относятся теплоустойчивые стали, например 15 ХМ, 20 ХМФЛ и др., среднелегированные среднеуглеродистые стали типа 30 ХГСА и перлитные высоколегированные стали.

Сварка этих материалов возможна при наличии подогрева и термической обработки сваренного изделия.

Примерные режимы сварки конструкционных сталей представлены в табл. 28.

Таблица 28. РЕЖИМЫ ДУГОВОЙ СВАРКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

Для сварки низкоуглеродистых сталей используют электроды марок УОНИ-13/45, ОММ-5, КПЗ-32 Р ЦМ-7 и др. А для среднеуглеродистых сталей подходят электроды марок К-5 А, УОНИ-13/65, УП-2/45 и др.