Лекция 15. Технологические особенности основных способов получения неразъемных соединений

План лекции: Сварка углеродистых и легированных сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов. Пайка и склеивание материалов.

При выборе способа получения неразъемного соединения, устранения трещин и других целей необходимо обращать внимание на условия работы изделия (нагрузка, температура, среда и пр.), и его трудоемкость.

Электродуговая сварка металлов и их сплавов, как наиболее распространенная, может обеспечить прочность сварного соединения на уровне основного материала, если будут учтены особенности ее технологического процесса. В первую очередь это касается правильного выбора режима сварки и сварочных материалов, а также последующей термической обработки сварного соединения.

Неравномерный нагрев основного металла, литейная усадка сварного шва и структурные превращения в ЗТВ приводят к возникновению напряжений и деформаций при сварке. Складываясь с напряжениями, возникающими от приложения внешних усилий, они могут достигать величин, превышающих допустимые. Тогда в сварных швах или в ЗТВ могут возникнуть трещины, приводящие к разрушению сварной детали.

Основными способами уменьшения указанных напряжений и деформаций являются: предварительный подогрев детали, а после сварки - отжиг или нормализация.

Предварительный подогрев уменьшает разность температур между ненагретым и нагретым до высоких температур основным и расплавленным присадочным металлом и снижает внутренние напряжения. Температура подогрева определяется свойствами металла. Так, при сварке различных сталей она составляет 100-600⁰С,при сварке чугуна - 500-800⁰С, алюминия - 250-270⁰С, бронзы - 300-400⁰С. Подогрев может быть общим или местным.

Температура подогрева может быть также определена и по приближенной формуле, рассмотренной на предыдущей лекции.

Отжиг после сварки снимает внутренние напряжения и повышает пластичность сварных швов.

Сварка углеродистых сталей определяется в основном содержанием в ней углерода. При содержании в них до 0,25%С они хорошо свариваются всеми способами. При большем содержании С - необходим предварительный подогрев.

Сварка низко- и высоколегированных сталей производится, как правило, с предварительным подогревом, температура которого определяется по известной формуле. После сварки их подвергают термической обработке - нормализации или высокому отпуску.

Сварка чугуна производится в основном при исправлении брака чугунных отливок, заварке трещин в блоке цилиндров и фундаментной раме двигателей и др. Основные трудности при выполнении этих работ связаны с образованием в сварном соединении зоны отбеливания (структуры цементита), возникающей при быстром охлаждении расплавленного чугуна, и появлением в ЗТВ структур закалки. Чугун с такими структурами имеет высокую твердость и очень хрупок, его трудно обрабатывать обычным инструментом. Поэтому основной задачей при сварке чугуна является получение сварного соединения с одинаковой твердостью металла шва и переходных зон без трещин. На практике применяют несколько способов сварки чугуна, которые можно разделить на три группы: горячая, полугорячая и холодная сварки.

Горячая сварка чугуна осуществляется с предварительным и сопутствующим нагревом всего изделия до 600-700⁰С с последующим медленным охлаждением. Присадочным металлом служат чугунные стержни диаметром 5-15 мм, содержащие 3-3,5% углерода и 3-4,6% кремния. После сварки деталь медленно охлаждают вместе с печью или засыпают сухим песком или шлаком. Такой способ обеспечивает полную графитизацию металла шва и отсутствие отбела в ЗТВ, исключает возможность появления сварочных напряжений. Его применяют для сварки (ремонта) наиболее ответственных деталей или деталей имеющих сложную форму (блоки цилиндров, станины и др.).

Полугорячая сварка чугуна производится при нагреве детали до 250-450⁰С (в основном в местах сварки). Такой способ применяют для деталей небольшой толщины и при небольшом объеме наплавляемого металла. После сварки также деталь также засыпают сухим песком или шлаком для медленного охлаждения.

Холодная сварка чугуна производится без предварительного подогрева детали. Для этого используются стальные электроды, электроды из цветных металлов, порошковая проволока. Поверхность кромок наплавляется короткими валиками, электродами малого диаметра при малой силе тока, чтобы металл не успел разогреваться.

Сварка алюминия и его сплавов может производится всеми способами. В качестве присадочного материала применяют проволоку или стержни того же химического состава, что и основной металл. Основными затруднениями при их сварке является присутствие на поверхности металла тугоплавкой (Т_пл = 2050⁰С) и плотной (g = 3,9 г/см³) окисной пленки Al₂O₃, толщина которой увеличивается с течением времени и с повышением температуры (для Al:Т_пл = 658⁰C, g = 2,7 г/см³). Ее необходимо механически удалять и не допускать образования при сварке. С этой целью используются флюсы, в состав которых входят фтористые и хлористые соединения лития, калия, натрия и др. Под действием этих флюсов Al₂O₃ переходит в летучий AlCl₃, имеющий малую плотность (2,7 г/см³) и самовозгоняющийся при 183⁰С. Большие значения коэффициентов линейного расширения и теплопроводности часто приводят к деформациям, а иногда и к трещинам в сварных соединениях. Поэтому при сварке производится предварительный подогрев до 250-260⁰С, а иногда и отжиг при 300-350⁰С.

Сварка меди и ее сплавов сопряжена с рядом особенностей, затрудняющих этот процесс. Высокая теплопроводность меди вызывает необходимость применения концентрированных источников нагрева и часто подогрева. Легкая окисляемость и большая растворимость водорода в расплавленной меди в сочетании с Cu₂O и CO может явиться причиной образования пор и мелких трещин в шве и ЗТВ. Высокий коэффициент линейного расширения приводит к значительным остаточным деформациям детали. Существуют различные способы сварки меди и ее сплавов. Ручная электродуговая сварка меди осуществляется угольными и металлическими электродами.

Сварку меди угольным электродом производят с применением флюсов, из которых наиболее распространен борный шлак. Сила тока составляет 250-350 А, а диаметры электрода и присадочной проволоки - соответственно 12-14 и 3-7 мм.

Сварка меди металлическим электродом ведется на постоянном токе обратной полярности, короткой дугой, электродами диаметром 3-6 мм, без колебаний. Сила тока выбирается по диаметру электрода:

I = 50d.

Сварка бронзы производится в основном при исправлении брака отливок, заварке трещин и других дефектов в деталях. В качестве присадочного материала применяются прутки или электроды того же химического состава, что и основной металл. Электродные покрытия и флюсы те же, что и при сварке меди. При нагреве бронзы выше 500⁰С она теряет вязкость и становится хрупкой. Поэтому для предупреждения сварочных трещин необходимо применять предварительный подогрев до 300-450⁰С.

Сварка латуни графитовым электродом производится на постоянном токе прямой полярности с использованием флюсов, состоящих из криолита, хлористых калия и натрия, древесного угля. Флюс наносят на стержни диаметром 6-8 мм из присадочного материала марки ЛК80-3. Сварка латуни металлическим электродом ведется также на постоянном токе электродами из латуни ЛК80-3 или бронзы БрКМц3-1 с соответствующим покрытием.

Сварка титана и его сплавов сопряжена с определенными трудностями, главной из которых является большая химическая активность Ti при высоких температурах по отношению к N₂, O₂ и H₂. Поэтому для получения качественного сварного соединения необходима тщательная защита от газов воздуха не только сварочной ванны, но и остывающих участков металла шва и ЗТВ вплоть до температуры 500⁰С. Следует также защищать обратную сторону шва даже в том случае, если она не расплавляется, а только нагревается свыше 500⁰С. О качестве газовой защиты при сварке титана можно судить по цвету металла шва и околошовной зоны. Блестящая серебристая поверхность шва свидетельствует о хорошей защите от О₂ и удовлетворительных свойствах шва. Синий цвет шва и серые налеты на нем указывают на плохую защиту. Для соединения деталей из Ti и его сплавов широко применяется аргоно-дуговая сварка неплавящимся (вольфрамовым) электродом на постоянном токе при прямой полярности.

Поиск по сайту: