Электродуговая сварка

Медно-никелевые электроды МНЧ-2 представляют собой стержни из монель-металла (28% меди, 2,5% железа, 1,5% марганца, остальное никель) или из сплава МНМц (40% никеля, 1,5% марганца, остальное медь). Никель этих электродов не образует соединений с углеродом, поэтому наплавленный шов имеет малую твердость и почти отсутствует зона отбеленного чугуна. Зона закаленного чугуна характеризуется высокой твердостью, которую можно легко снизить небольшим отпуском. Наплавленный шов обладает меньшей склонностью к образованию пор и трещин, легко поддается обработке, но прочность его низкая, поэтому медно-никелевые электроды часто применяют в сочетании с электродами ОЗЧ-2. Первый  слой,   чтобы   обеспечить   плотность,   и   последний,   чтобы улучшить  обработку,   наносят электродами   МНЧ-2,  а   остальное заплавляют электродами ОЗЧ-2.

Хорошие результаты при холодной сварке чугуна дают электроды АНЧ-1 со стержнем из аустенитной хромоникелевой проволоки  Св-04Х19Н9 или Св-06Х19Н9Т, снабженным медной оболочкой и фтористо-кальциевым покрытием типа УОНИ-13/55. Сварку этим электродом ведут постоянным током 100...120 А обратной полярности. Наплавленный шов плотный, легко поддается обработке, но недостаточно прочен, так как электрод содержит 75...80%  меди.

Сварка цветных  металлов и сплавов, особенно алюминиевых, достаточно широко применяется при ремонте, так как в современных тракторах и автомобилях многие детали изготовлены из цветных металлов.

Медь, бронза и латунь обычной дугой и плавящимся электродом свариваются плохо. Это объясняется тем, что в расплавленном состоянии медь и сплавы на ее основе обладают большой жидкотекучестью, хорошо растворяют газы, особенно кислород, легко окисляются. У них большой коэффициент линейного расширения и они подвержены значительным структурным изменениям в зоне сварки.

Медь и ее сплавы удовлетворительно  свариваются электродами марок  «Комсомолец-100», МН-5 и ОЗБ-1, а также  угольным электродом на постоянном токе прямой полярности и достаточно хорошо свариваются аргонно-дуговой сваркой вольфрамовым электродом. Присадочным материалом служат круглые или прямоугольные прутки примерно такого же химического состава,, что и свариваемый металл. При сварке угольным электродом в качестве флюса используют прокаленную до 500...550°С буру. Наплавленный шов проковывают при температуре не выше 500°С, чтобы улучшить его механические свойства.

При сварке латуни и других медно-цинковых сплавов применяют прутки с повышенным содержанием цинка. При сварке выделяются ядовитые пары цинка, поэтому необходимы хорошая вентиляция рабочего места сварщика и применение респираторов.

Алюминий и  его сплавы легко окисляются на воздухе, и поверхности деталей всегда покрыты плотной пленкой оксида алюминия Al2O3, температура плавления которого 2050°С (в то время как температура плавления чистого алюминия 660°С). Тугоплавкая и механически прочная пленка оксида алюминия создает основные трудности при его сварке. Кроме того, при нагревании алюминий и сплавы не изменяют цвета, а в расплавленном состоянии характеризуются большой жидкотекучестью, что также затрудняет сварку.

В качестве электродов или  присадочного материала при сварке чистого алюминия и его сплавов  используют прутки или проволоку, но химическому составу близкие  к свариваемому металлу. В покрытия электродов или в флюс вводят хлористые и фтористые соли лития, калия, энергично растворяющиеся и ошлаковывающие оксид алюминия. Сварку ведут постоянным током обратной полярности, при которой в результате катодного распыления улучшаются условия разрушения оксидной пленки. При диаметре электрода 4...6 мм используют ток 120... 150 А. После сварки во избежание разъедания металла шлак со шва удаляют, промывая горячей или подкисленной водой и тщательно протирая стальными щетками. Перед сваркой поверхность детали обезжиривают бензином или ацетоном и подвергают очистке механическим или ручным способом (стальной щеткой).

Для сварки чистого алюминия используют электроды ОЗА-1. Алюминиево-кремнистые сплавы (типа силумин) сваривают электродами ОЗА-2.

Чтобы избежать коробления, образования трещин и улучшить качество сварки, детали из алюминия и его сплавов перед сваркой подогревают до температуры 200...350°С (крупные детали до более высокой температуры). Температуру подогрева определяют термопарами или специальными карандашами. Концы трещин в деталях засверливают, а кромки разделывают под углом 60...90°. Расплавленный металл удерживают от растекания стальными или глиняными подкладками. Для получения мелкозернистой структуры металла шва деталь после сварки медленно охлаждают, а шив слеша проковывают. Внутренние напряжения снимают нагревом до температуры 300...350°С с последующим медленным охлаждением.

Аргонно-дуговая сварка  вольфрамовым  электродом  дает  возможность получать хорошие результаты сварки алюминия и его сплавов без применения флюса. Однако оксидную пленку и загрязнения с поверхности детали перед сваркой требуется удалять более тщательно, чем при использовании флюса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Газопламенная сварка

 

2.1.Общие сведения

К газопламенной сварке и наплавке относятся процессы нагрева и расплавления металлов пламенем, получаемым от горения различных горючих газов (ацетилена, метана, пропана и др.) в технически чистом кислороде.

Способ получения высокотемпературного газового пламени был разработан в конце XIX столетия. Уже в тот период началось промышленное производство ацетилена, кислорода, водорода и газопламенная  сварка   металлов  была  основным  способом   прочного соединения металлических конструкций.

В дальнейшем в связи  с бурным развитием электродуговой и других видов сварки газопламенная  сварка была оттеснена на второй план. Но и до настоящего времени она  широко применяется при ремонте  машин, а в некоторых случаях  просто незаменима.

Недостатки газовой  сварки — это меньшая, чем при  дуговой сварке, скорость нагрева  и расплавления металла, большая  зона теплового воздействия и  в связи с этим большая возможность  коробления свариваемого изделия. При  сварке крупных изделий толщиной более 6...8 мм производительность по сравнению с дуговой сваркой значительно ниже, поэтому газовую сварку применяют преимущественно для соединения и наплавки тонких деталей. Стоимость используемых газов выше стоимости электроэнергии, вследствие этого газовая сварка дороже электродуговой. Газовая сварка труднее, чем электрическая, поддается механизации и автоматизации.

Преимущества газовой  сварки — сравнительно простое и  недорогое оборудование, возможность широкого маневрирования мощностью, составом и направлением пламени при сваулс. Газовое пламя применяют для сварки и восстановления изделий из тонколистовой стали (резервуары, баки из-под топлива, нефтетара, кабины и оперение автомобилей, тракторов и пр.); им заваривают трещины и наплавляют детали из чугуна, алюминия и его сплавов, меди, бронзы, латуни, свинца, выполняют пайку и другие работы.

Для газовой сварки и  наплавки в большинстве случаев  используют ацетилен; при сгорании в кислороде он дает температуру пламени до 3150°С, а другие газы 2000...2300°С.

Ацетилен получают при  взаимодействии карбида кальция  с водой в специальных, простых  по устройству аппаратах, называемых генераторами. Однако применение ацетилена ограничено дороговизной (он в 15...20 раз дороже других 'горючих газов) и взрывоопасностью. Ацетилен взрывается при быстром нагревании его до температуры 400...500°С, а также при возрастании давления выше 0,15 МПа, поэтому использовать ацетилен с давлением, превышающим допускаемое, запрещено. Смеси ацетилена с воздухом при содержании ацетилена 2,2...81% (по объему) или с кислородом в пределах 2,8...93% также взрываются. Особенно опасна примесь фосфористого водорода, содержание которого более 0,7% резко повышает взрывоопасность ацетилена.                                            

Большое распространение получает использование ацетилена из баллонов. Баллоны заполняют на специальных промышленных предприятиях, при этом учитывают свойство ацетилена растворяться в ацетоне. В таком виде ацетилен практически безопасен. Кроме того, потребление ацетилена из баллона упрощает обслуживание и повышает производительность труда сварщика.

Ацетилен и другие горючие газы смешивают с кислородом в необходимых  количествах в специальных приспособлениях, называемых   сварочными   горелками.   Как  показывает   практика,  для полного сгорания ацетилена кислорода требуется несколько больше (по объему), примерно на 10...30%. Ацетиленокислородное пламя имеет три ярко выраженные зоны с различной температурой и легко регулируется по внешнему виду (рис. 3). Внутренняя часть пламени, называемая ядром, самая яркая, ее температура не более 1200°С. Средняя часть имеет самую высокую температуру, до 3150°С, ее иногда называют сварочной. Наружная часть образует факел пламени. В зависимости от изменения подачи кислорода преобразуется форма пламени и всех трех его частей. Изменяя соотношение ацетилена и кислорода можно получить три основных вида пламени: нормальное, или восстановительное (кислорода 1,1...1,2), окислительное (с избытком кислорода, более 1,3) и науглероживающее (с избытком ацетилена, соотношение менее 1,1). Наиболее ярко выражены все три части нормального пламени. Обычно этим пламенем и ведут сварку.

 

 

                                      Рис.3. Строение и температура  ацетиленокислородного пламени:

                                 1 – внутренняя часть(ядро); 2 – средняя часть(сварочная);

                                       3 – наружная часть(факел)

 

 

 

 

 

 

2.2.Особенности технологии  газовой сварки

Основное отличие технологии газовой сварки от электродуговой — более плавный и медленный нагрев металла. Газовую сварку в основном используют для стыковых соединений и некоторых видов наплавочных работ. Угловые, тавровые и соединения внахлестку при газовой сварке используют очень редко, так как возникают значительные деформации. Особо удобное соединение для газовой сварки — стыковое с отбортовкой кромок, его выполняют без применения присадочной проволоки. Металл толщиной менее 4 мм можно сваривать без скоса кромок. При сварке металла толщиной 5... 15 мм необходим скос кромок под V-образный шов с общим углом раскрытия 70...90⁰, а при толщине более 15 мм — под Х-образный шов с такими же углами раскрытия по обе стороны.

Сварка сталей большинства марок осуществляются нормальным пламенем. Наплавленный шов проковывают в горячем состоянии при температуре 850...900°С (светло-красное каление) и затем нормализуют, то есть нагревают до 900°С и охлаждают на воздухе. В качестве присадочного материала используют проволоку, близкую по химическому составу к свариваемой стали.

Малоуглеродистые стали  сваривают проволокой Св-08А и  Св-08ГА. Для сварки высокоуглеродистых и легированных сталей, а также  для получения шва наплавки повышенной твердости применяют проволоки Св-08Г2С, Св-12ГС, Св-18ХГСА и флюсы. В качестве флюсов используют прокаленную буру, кремниевую и борную кислоты и другие вещества. Перед сваркой детали подогревают до температуры 25О...ЗОО°С.

Сварка чугуна. Применение ацетиленокислородного пламени — один из наиболее надежных способов получения высокого качества сварки чугуна. При газовой сварке медленнее и равномернее, чем при дуговой, нагревается и охлаждается деталь. В результате этого в наплавленном металле и на его границах создаются лучшие условия для графитизации углерода, уменьшается вероятность отбеливания чугуна, возникновения внутренних напряжений и появления трещин. Обычно газовую сварку сопровождают общим и местным подогревом детали. Небольшие детали подогревают пламенем горелки непосредственно перед сваркой, крупные детали — в специальных печах или устройствах. В качестве присадочного материала используют чугунные стержни диаметром 4, 6, 8, 10 и 12 мм. Для сварки мелких деталей применяют чугунные стержни марки Б, а для крупных — стержни марки А. Сваривают чугун нормальным или науглероживающим пламенем при расходе ацетилена на 1 мм толщины металла 100...120 дм³/ч.

Для удаления из сварочной  ванны оксидов кремния, железа и марганца используют флюс из смеси: буры 56%, соды и поташа по 22% или прокаленной буры 23%, углекислого натрия 27% и азотнокислого натрия 50%. Флюс подсыпают в сварочную ванну, а пруток в процессе сварки чаще погружают в флюс.

Хорошие результаты дает сварка чугуна газовым пламенем с  применением прутка из латуни Л62, флюса  из буры или смеси буры (50%) и борной кислоты (50%).

Сварка меди и ее сплавов. Медь и бронзу сваривают только нормальным пламенем. При сварке меди толщиной до 10 мм расход ацетилена на 1 мм толщины должен быть 150 дм³/ч, а свыше 10 мм — 200 дм³/ч или надо брать две горелки одновременно: одну для подогрева металла, другую для расплавления и сварки металла.

В качестве присадочного материала при сварке меди используют проволоку из чистой меди или меди, содержащей до 0,2% фосфора и до 0,3% кремния, а при сварке бронзы — проволоку, близкую по составу к свариваемой бронзе.

Для раскисления оксидов  применяют флюсы, содержащие чистую буру или смесь буры (50%) и борной кислоты (50%). Чтобы улучшить структуру наплавленного шва, его проковывают при температуре 2ОО...30О°С, затем отжигают при температуре 500... 550°С и быстро охлаждают водой.

Латунь сваривают пламенем с избытком кислорода до 30...40%. В  этом случае на поверхности расплавленного металла образуется пленка оксида цинка, которая защищает зону сварки от дальнейшего испарения цинка. Для удаления оксидов меди и цинка используют флюсы следующих составов: борная кислота 35%, фосфорнокислый натрий 15%, остальное — плавленая бура, или борная кислота  80%   и  плавленая  бура  20%,  или  специальные жидкие флюсы БМ-1 и БМ-2. Последние через специальный сосуд — флюсопитатель — подают в горелку вместе с ацетиленом. Пары флюсов ядовиты, поэтому сварщик должен работать в респираторе, а место сварки следует оборудовать местной вытяжной вентиляцией. В качестве присадочного материала используют проволоку, близкую по составу к свариваемой латуни, или специальные присадочные проволоки ЛК62-05, ЛО60-1 и ЛОК59-1-03, содержащие в своем составе раскислители — олово и кремний.