Особенности газовой сварки различных металлов и сплавов

Сварка сталей.

Низкоуглеродистые стали можно сваривать любым способом газовой сварки. Пламя горелки при сварке стали должно быть нормальным, мощностью 100-130 дм³(л)/час ацетилена на 1 мм толщины металла при левой сварке и 120-150 дм³(л)/час – при правой сварке.

При газовой сварке толщиной до 6 мм в качестве прочих горючих газов применяют: ацетилен, пропан – бутановую смесь или природный газ (ограниченное применение). Сварочная проволока выбирается в зависимости от марки стали и должно удовлетворять требованиям ГОСТ 2246-70.

Флюсы для газовой сварки по отраслевому стандарту ОСТ – 5479-83 маркируются номерами. По номеру определяют компоненты флюсов.

При сварке пламенем большой мощности во избежание перегрева металла уменьшают угол наклона мундштука к основному металлу, а пламя преимущественно направляют на конец проволоки. При сварке следует стремиться к одновременному расплавлению кромок шва и конца проволоки, чтобы капли расплавленного присадочного металла не попадали на недостаточно нагретую кромку основного металла. С целью уплотнения и повышения пластичности шва можно применять проковку. При сварке листов большой толщины, а также сварке ответственных изделий применяют термическую обработку сварного шва или изделия в целом.

При сварке сталей важное значение имеет чистота поверхности кромок, так как загрязнения вызывают в шве поры, непровар, шлаковые включения. Подготовка кромок должна соответствовать ГОСТ 16037-80. Прихватку деталей под газовую сварку необходимо производить той же присадочной проволокой и тем же наконечником горелки, каким выполняется основная сварка. Расположение прихваток, их количество, длину устанавливают согласно ОСТ 3-4001-77. Прихватки необходимо производить в местах наименьшей концентрации напряжений. Не рекомендуется производить прихватку в острых углах, в местах резких переходов, на окружностях с малым радиусом.

Удовлетворительно свариваются газовой сваркой низколегированные строительные стали 10ХСНД и 15ХНСД. Для улучшения качества шва целесообразно проковать шов при температуре 800-850°С с последующей нормализацией.

При ремонте паровых котлов и трубопроводов применяют газовую сварку низколегированных молибденовых теплоустойчивых сталей. Мощность при сварке этих сталей выбираются из расчета 100 дм³/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Сварочную проволоку применяют следующих марок: Св08ХНМ, Св10НМ, Св18ХМА, Св10ХМ по ГОСТ2246-70. Сварку необходимо производить небольшими участками длиной 15-25 мм, поддерживая весь свариваемый участок нагретым до светло – красного каления.

Широко применяют хромокремнемарганцевые стали (хромансили) для изготовления нагревающих устройств и трубопроводов, работающих в области невысоких температур. При газовой сварке этих сталей выгорают легирующие элементы, что вызывает появление в шве включений окислов и шлаков. Для предупреждения этого явления сварку ведут нормальным пламенем, мощностью 75-100 дм³/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Рекомендуется применять низкоуглеродистую сварочную проволоку Св08 и Св08А или легированную Св18ХГСА и Св18ХМА. Сварку производят только в один слой. Большое значение для качества шва при сварке этих сталей имеют тщательная очистка и подгонка кромок, а также точное соблюдение зазора между ними, который должен быть одинаковым по всей длине. Эти стали при резком охлаждении склонны к образованию трещин, поэтому горелку необходимо отводить медленно, подогревая конечный участок сварки. Сварку необходимо производить по возможности быстро, без перерывов и не останавливаясь. Стали типа «хромансиль» после сварки подвергают закалке с последующим отпуском.

Сварка меди и её сплавов.

Медь обладает высокой теплопроводностью, поэтому к месту расплавления металла в процессе сварки необходимо подводить значительно больше тепла, чем при сварке сталей, а следовательно для сварки меди требуется более мощное пламя. В этом случае неизбежен перегрев металла и укрупнение зерна в его структуре. Прочность резко уменьшается. Чем чище медь от всевозможных примесей и чем меньше она содержит кислорода в виде Cu₂O, тем лучше она сваривается. Основная трудность при газовой сватке меди заключается в том, что медь в расплавленном состоянии активно растворяет кислород и водород. В процессе окисления образуется закись меди Cu₂O, которая располагается по границам зерен и делает медь хрупкой. Для уменьшения окисления меди при сварке применяют только восстановительное пламя.

Избыток ацетилена вызывает реакцию восстановления закиси меди водородом и окисью углерода, содержащихся в пламени. В результате чего в наплавленном металле образуются поры и трещины – это явление называется «водородной болезнью». Из-за высокой жидкотекучести меди сварку преимущественно выполняют в нижнем положении.

При сварке меди и медных сплавов прихватки не применяют. Из-за высокой жидкотекучести меди зазор между кромками не оставляют и детали стараются плотнее припасовывать друг к другу. При толщине деталей свыше 3 мм кромки скашивают под углом 45°. Притупление кромок составляет 0,2 от толщины деталей. Кромки зачищают до металлического блеска или протравливают в растворе азотной кислоты с последующей промывкой в воде. Для уменьшения окисления меди при сварке применяют восстановительное пламя, ядро которого держат почти под прямым углом к кромкам листов, на расстоянии 3-6 мм от поверхности сварочной ванны. Сварку ведут быстро, без перерывов. После сварки деталей толщиной до 4 мм швы проковываются без предварительного подогрева. При толщине деталей от 5 до 15 мм применяют подогрев до 500-600°С с последующей проковкой.

Газовую сварку широко применяют для сварки латуни, так как она трудно сваривается электродуговой сваркой. Главная трудность при сварке латуни состоит в том, что при 900°С начинается активное испарение (выгорание) цинка. Швы получаются пористыми. Поры возникают и по причине поглощения жидким металлом водорода из сварочного пламени, так как водород не успевает выделиться при быстром охлаждении латуни и образует в шве газовые пузырьки. Пары цинка, попадая в газовые пузырьки и расширяясь в них, увеличивают их размеры, образуя крупные поры. Для уменьшения испарения цинка сварку латуни необходимо производить с избытком кислорода до 30-40%, т.е. на 1м³ ацетилена подается 1,3-1,4м³ кислорода.

В качестве флюса можно применять одну буру, которую разводят водой и в виде пасты наносят кистью на свариваемые кромки. Для сварки всех видов латуни и большинства бронз можно применять любые горючие газы: ацетилен, пропан – бутановую смесь, природный газ.

Кромки металла перед сваркой латуни зачищают шкуркой, напильником или карцовочной щеткой до металлического блеска. Иногда применяют травление в 10%-ном растворе азотной кислоты с последующей промывкой в горячей воде и просушкой. Теплопроводность латуни выше, чем у стали на 70%, но применять мощное пламя нельзя из-за увеличения испарения цинка, поэтому мощность пламени выбирают такую же как при сварке сталей, 100-120 дм³/ч на 1 мм толщины детали. Для снижения испарения цинка и уменьшения поглощения водорода металлом конец ядра пламени держат от свариваемого металла на расстоянии, в 2-3 раза большем, чем при сварке сталей. Проволоку держат под углом в 90° к оси мундштука. Периодически конец проволоки погружают во флюс или подсыпают его в сварочную ванну и на края шва. Сварку ведут по возможности быстро.

После сварки латуни шов для повышения плотности и прочности иногда проковывают, иногда применяют проколотку или выглаживание неровностей шва «заподлицо». После этого производят отжиг при температуре 600-650°С с последующим медленным охлаждением вместе с печью для снятия наклепа и получения мелкозернистой структуры.

При сварке латуней наилучшие результаты дает применение флюса БМ-1.

При ремонте изделий из бронзы, при наплавке работающих на трение поверхностей деталей слоем антифрикционных бронзовых сплавов также применяют газовую сварку. Подготовка кромок и общие принципы технологии сварки сохраняются такими же, как при сварке меди или латуни. Сварочное пламя должно иметь восстановительный характер, так как при окислительном пламени увеличивается выгорание из бронзы её компонентов: олова, кремния и алюминия. При этом образующиеся окислы затрудняют сварку, шов получается пористым с большим количеством шлаков. В качестве присадочного материала применяют прутки или проволоку.

Для раскисления металла в процессе сварки в присадочную проволоку вводят до 0,4% кремния. Для защиты металла от окисления и удаления окислов в шлак применяют флюсы тех же составов, что и при сварке меди и латуни. Для алюминиевых бронз применяют флюсы, содержащие хлористые и фтористые соединения натрия, бария, калия и лития.

После сварки детали подвергают отжигу при температуре 750°С, охлаждению до 600°С и дальнейшему охлаждению в воде. После сварки проковке подвергают только прокатную бронзу, но не литую.

Сварка алюминия и его сплавов.

Алюминий и его сплавы относительно хорошо свариваются газовой сваркой. Особенность, которую следует учитывать при сварке алюминия состоит в том, что поверхность алюминия и его сплавов покрыта очень тугоплавкой пленкой окиси алюминия Al₂O₃ (температура плавления свыше 2060°С), которую полностью удалить невозможно. В процессе сварки она мгновенно образуется на жидком металле и препятствует сплавлению частиц металла, ослабляя прочностные характеристики шва. Частично оксидную пленку удаляют с металла путем химического травления в процессе подготовки изделия под сварку, частично удаляют за счет применения флюсов. Газовую сварку алюминия целесообразно применять для деталей толщиной 1-5 мм. Сварка дает хорошие результаты при правильном выборе режимов и выборе флюсов, хорошо растворяющих окись алюминия.

Особое значение имеет правильный выбор мощности пламени, так как пленка окиси алюминия полностью закрывает сварочную ванну и мешает сварщику контролировать начало расплавления металла. При мощном пламени этот момент может быть упущен и тогда в этом месте может возникнуть сквозное проплавление или провис целого участка шва, которые трудно поддаются исправлению.

Все флюсы для сварки алюминия, особенно содержащие соединения лития, гигроскопичны. Они активно поглощают влагу, поэтому должны храниться в стеклянных, герметично закрывающихся банках, небольшими порциями, по фактическому расходу флюса на сварку. Оставшийся после сварки на изделии флюс вызывает коррозию шва, поэтому флюсы после сварки необходимо удалять промывкой изделия в горячей воде.

Для создания защитной пленки на поверхности шва его промывают в течении 5 минут 5%-ным раствором азотной кислоты с добавлением 2%-ного хромпика.

Удалять пленку окиси алюминия из сварочной ванны можно и без помощи флюса, пользуясь специальным скребком. Но в этом случае требуется большой навык, иначе можно не столько удалить пленку, сколько скомкать ее на поверхности шва и получить крупный дефект.

Для сварки алюминия и его сплавов предусмотрено 12 марок присадочной проволоки диаметром от 1 до 12 мм. Проволока поставляется как в бухтах, так и в кассетах по установленным требованиям ГОСТа.

Алюминий и его сплавы сваривают левой сваркой, восстановительным пламенем или с небольшим избытком ацетилена. Угол наклона мундштука к поверхности металла должен быть не более 45°. Для закрепления кромок делают предварительную прихватку. Допускается легкая проковка шва в холодном состоянии. Литой алюминий сваривают участками по 50-60 мм с предварительным подогревом до 250°С. После сварки, для получения мелкозернистой структуры, литые детали подвергают отжигу при 350°С с последующим охлаждением.

Пайка твердыми и мягкими припоями.

Пайкой называется технологический процесс получения неразъемных соединений, выполняемый с применением припоя – проволоки из сплава, имеющего температуру плавления более низкую, чем температура плавления основного металла. В результате взаимодействия расплавленного при определенной температуре припоя с кромками основного металла и последующего остывания образуется спай. Кромки основного металла соединяются (спаиваются) вследствии эффекта смачивания их поверхностей, взаимного растворения и диффузии (проникновения) припоя и основного металла в зоне шва (спая).

По сравнению с другими методами получения неразъемных соединений (в том числе и по сравнению со сваркой) пайка имеет ряд преимуществ: простота выполнения операции, сохранение размеров и формы соединяемых деталей, сохранение неизменного химического состава и физико-химических свойств паяемых материалов. Кроме того при пайке отпадает необходимость в последующей механической и термической обработке, легче получаются соединения в труднодоступных местах и есть возможности для механизации и автоматизации процесса пайки.

Процесс получения паяного соединения газопламенной горелкой состоит из нескольких стадий. Подготовка деталей перед пайкой аналогична подготовке под сварку. Перед предварительным нагревом для защиты металла от окисления на детали наносят флюс. При пайке горелку применяют, как правило, малой мощности. Состав пламени, присадочную проволоку и флюсы подбирают в зависимости от паяемого металла.

Восстановительным пламенем производят пайку меди, бронз, латуни и различных сталей.

Нейтральным пламенем паяют, как правило, сплавы цветных металлов специального назначения.

Пламенем горелки осуществляют общий или местный нагрев до температуры пайки. Обычно температуры пайки превышает температуру плавления припой на 30-50°С. Затем расплавляют припой, который смачивает соединяемые поверхности и заполняет зазор соединения.

Исходя из условий образования соединения, припои должны удовлетворять следующим основным требованиям:

- иметь температуру плавления ниже температуры плавления паяемых материалов;

- хорошо смачивать поверхность соединяемых материалов, хорошо растекаться по ним и заполнять капиллярные зазоры;

- не вызывать в последующем химическую эрозию, не подвергаться старению;

- не изменять свои физико-химические свойства в процессе эксплуатации изделия.

Припои классифицируются по следующим основным признакам:

-температуре плавления – особолегкоплавкие (до 145°С), легкоплавкие (до 450°С), среднеплавкие (до 1100°С), высокоплавкие (до 1850°С), тугоплавкие (свыше 1850°С);

-способу образования – готовые, образующиеся в процессе пайки;

-химическому составу (основному компоненту) – оловянные, медные, никелевые, марганцевые, железные, титановые, серебряные, золотые и т.д.

-способности к флюсованию – флюсуемые и самофлюсующиеся.

-вид полуфабриката – листовые, ленточные, проволочные, порошковые и др.

Выбор марки припоя и метод нанесения определяется конструкцией и требованиями, предъявляемыми к соединению.

Различают два основных вида пайки: мягкими и твердыми припоями. Мягкие припои имеют невысокую механическую прочность и их плавление осуществляется при температуре до 400°С. Прочность твердых припоев значительно выше, а температура плавления – свыше 550°С.

Пайку мягкими припоями применяют главным образом для получения плотного соединения деталей, не подверженных значительным нагрузкам. Широко известны оловянно-свинцовые припои (ПОС).

При пайке железа мягким припоем применяют в качестве флюсов хлористый цинк ZnCl₂ или хлористый аммоний NH₄Cl (нашатырь). Эти флюсы, как и все хлориды, ускоряют последующее ржавление и поэтому после пайки поверхность необходимо тщательно промыть. Для пайки меди и латуни часто применяют канифоль, а для пайки легкоплавких сплавов и металлов – стеарин; они хорошо растворяют оксидные пленки.

Пайка твердыми припоями дает возможность получить соединение, приближающееся по прочности к сварным и поэтому широко применяется в производстве. Соединения могут быть внахлестку, встык или в «ус». Наиболее прочное соединение получается при пайке внахлестку. Подготовка кромок состоит в их точной подгонке, в обезжиривании горячей щелочью и в фиксации деталей, чтобы обеспечить заданный зазор. Чем меньше зазор, тем прочнее спай. Наиболее приемлемый и широко применяемый на практике зазор составляет 0,01-0,02 мм.

Стальные детали обычно паяют электролитической медью. Кроме меди для пайки различных сталей и особенно сплавов цветных металлов применяют различные припои: медно-цинковые, медно-никелевые, серебряные, палладиевые, марганцевые, марганцо-никелевые, никелевые, германиевые, титановые, алюминиевые. Наиболее применяемые припои стандартизированы. Можно применять в качестве припоев латунь Л62 и Л68, силумины и др.

В качестве флюса при пайке твердыми припоями используют традиционную обезвоженную буру (Na₂B₂O₇). Широко известны флюсы ПВ200, ПВ201, ПВ209, ВП284; для пайки алюминия применяется флюс типа 34А на основе щелочных и щелочноземельных металлов.

Поиск по сайту: