Газове зварювання чавуну та кольорових металів

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Зварювання  алюмінію і його сплавів

   Газове зварювання алюмінієвих сплавів використовують як ремонтний процес. При газовому зварюванні алюмінію на його поверхні утворюється тугоплавка плівка оксиду Аl2О3, що має температуру плавлення 2060 С і щільність 3,85 г/см3, тобто вище щільності алюмінію. Плівка оксиду залишається на поверхневі зварювальної ванни, захищаючи її від подальшого окислення, може знаходитися в рідкому металі у вигляді включень між кристалітами, різко знижуючи міцність і пластичність зварного шва.

   Повне видалення А12О3 з наплавленого металу - основне завдання при отриманні якісного зварного з'єднання алюмінію і його сплавів. Для цієї мети при газовій зварці застосовують спеціальні флюси. Найкращі результати з усіх способів зварювання плавленням алюмінію і його сплавів дає аргонодугове зварювання в безперервному, а для тонкого металу - в імпульсному режимі, при якій зварний шов виходить повністю очищеним від включень А12О3, володіє високою пластичністю і корозійною стійкістю, має гарний зовнішній вигляд. Задовільно зварюються алюміній і його сплави контактної точкової і роликовій зварюванням.

   При зварюванні алюмінію і його сплавів доводиться враховувати наступні особливості: відносно низьку температуру плавлення і високу теплопровідність, що вимагає точного дозування вводиться в ванну теплоти; високу хімічну спорідненість алюмінію до кисню і утворення тугоплавкого окису алюмінію, що утруднює зварювання; великий коефіцієнт лінійного розширення при нагріванні, що викликає значні деформації і 4 залишкові напруги; знижену міцність при високих температурах зварювання; підвищену в'язкість розплавленого металу, утруднює формування зварного шва.

   В якості присадочного металу при зварюванні алюмінію і його сплавів використовують алюмінієву зварювальний дріт, що випускається промисловістю за ГОСТ 7871 - 63.

   Для зварювання сплавів АМц застосовують дріт з сплаву того ж складу, що й основний метал, або зі сплаву АК5. Сплави АМг зварюють дротом з підвищеним вмістом магнію з метою зниження температури плавлення присадочного металу і підвищення міцності наплавленого металу. Застосування при зварюванні сплавів АМг дроту того ж складу, що й основний метал, знижує механічні властивості наплавленого металу на 5 - 10% в порівнянні з властивостями основного металу.

   Для зварювання термічно не зміцнених сплавів АМг (наприклад, АМг5) не можна застосовувати дріт із сплавів типу АК, так як це призводить до утворення в шві силіцидів магнію (Mg2Si), що знижує міцність металу шва внаслідок його розташування включень по границях зерен; при цьому стійкість проти корозії підвищується. Сплави системи алюміній - магній - кремній, схильні до утворення кристалізаційних тріщин, рекомендується зварювати дротом: таврові і кутові з'єднання - АК5, стикові оброблення крайок - АКЮ. Для зварювання ливарних алюмінієвих сплавів (заварювання тріщин, вад лиття тощо) використовують проволоку з того ж сплаву, що й основний.

   У процесі зварювання алюмінію і його сплавів оксиди видаляються флюсами на базі галоїдних солей лужних і лужноземельних металів (див. гол. VII). Флюси застосовують або в порошкоподібному стані, або у вигляді паст, приготованих на воді або спирті.

   Флюс на дріт і кромки наносять чистим пензлем, можна занурювати кінець дроту в розведений флюс. Флюс наносять після ретельної підготовки (механічним або хімічним шляхом) крайок і їх прихватки. Залишки флюсу видаляють після зварювання промиванням у гарячій і холодній воді або травленням. Застосовувати з'єднання внахлестку не рекомендується внаслідок труднощів подальшого видалення залишків флюсу, що потрапив в зазор.

   При газовому зварюванні метал товщиною до 2 мм (іноді до 2,5 мм) зварюють встик з відбортовкою крайок і зазором до 1 мм. Часто відбортовку роблять тільки в однієї кромки. При товщині металу до 1 мм зазору не залишають. Висота відбортовки дорівнює двом-трьом товщинам металу. При даному виді з'єднання підвищується жорсткість і зменшується жолоблення виробу при зварюванні. Відбортовка повинна повністю плавитися при зварюванні шва.

   При товщині металу до 4 мм застосовують зварку встик без скосу кромок, а при більшій товщині (5 - 20 мм) - з одностороннім скосом під кутом 30 - 35°. Зварювання проводять з одного боку, а із зворотного боку накладають під зварювальний шов. Зазор в залежності від товщини металу дорівнює 1,5 - 5 мм, притуплення 1,5 - 2 мм. При товщині металу більше 20 мм застосовують двосторонній скіс кромок при тих же кутах повороту, зазорах і притупленні.                 

   Зварювання слід вести в пристосуваннях, що зменшують жолоблення вироби. При тонкому металі і замкнутих контурах для компенсації деформацій застосовують додаткові жорсткості, зиговку листів вздовж крайок і т. д. Для видалення окисних плівок на основному і присадні металах перед зварюванням не більше ніж за 8 год кромки шва і зварювальну-дріт піддають хімічній обробці, яка включає знежирення (водний розчин 1% NaOH, 5%Na2PO4 і 3% рідкого скла), промивання гарячою водою, короткочасне травлення (10% HNO3) і остаточну промивання водою.

   В залежності від товщини металу приймають наступний витрата ацетилену:

Товщина металу, мм До.....................1,5 ; 1,6 - 3 ; 3,1 - 5 ; 5,1 - 10 
Витрата ацетилену, дм3/год.........50 - 100 ; 100 - 200 ; 200 - 400 ; 400 - 700 
Товщина металу, мм.....................10,1 - 15 ; 15,1 - 25 ; 25,1 - 50 
Витрата ацетилену, дм3/год..................700 - 1200 ; 900 - 1200 ; 900 - 1200 
   Використовують нормальне полум'я або з невеликим надлишком ацетилену. Великий надлишок ацетилену призводить до пористості шва. Кінець ядра повинен знаходитися на відстані 3-5 мм від поверхні ванни. Не можна торкатися рідкого металу ядром полум'я. Кут нахилу полум'я до поверхні металу на початку зварювання повинен бути дорівнює 90°, а потім зменшуватися до 20 -45°. При зварюванні лиття з алюмінієвих сплавів цей кут у міру прогріву вироби доводять до 45-60°. Присадочні дріт тримають під кутом 40-60° до поверхні металу. Для товщин металу менше 5 мм застосовують лівий спосіб зварювання, для великих - правий. Зварювання слід вести в нижньому положенні, у виняткових випадках - у горизонтальному на вертикальній площині і вертикальному положеннях. Не допускається зварювання в стельовому положенні швів. Зварювання слід вести швидко і пс можливості безперервно. Багатошарових швів необхідно уникати, так як це викликає пористість металу шва.

   Литі деталі з алюмінієвих сплавів зварюють із загальним або місцевим підігрівом до температури 250-260°, силумін - до температури 350-400° С.   

   Тріщини обробляють до отримання необхідного кута розкриття і заварюють від середини тріщини до її кінців. По кінцях тріщини повинні бути засверлены. Довгі тріщини заварюють ділянками по 60-70 мм по черзі в різні боки. Охолодження виливка після зварювання повинно бути по можливості повільним, для чого її закривають азбестом або засипають піском. Для додання шву дрібнозернистої структури і усунення внутрішніх напруг литі вироби після зварювання піддають відпалу при температурі 300-350° С і витримці в печі 2-5 год із подальшим повільним охолодженням.

   При газовій зварці листів з сплаву АМц товщиною 10-16 мм межа міцності металу шва становить 85-115 МН/м2 (8,5-11,5 кгс/мм2), кут вигину 115 180°,ударна в'язкість 0,2-0,3 МН/м2 (2-3 кгс-м/см2). Для порівняння можна вказати, що ударна в'язкість основного металу для сплаву АМц дорівнює 0,55-0,75 МДж/м2 (5,5 - 7,5 кгс-м/см2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Зварювання  магнієвих сплавів.

   Магнієві сплави мають малу щільність (1,76-1,8 г/см3) і мають досить високими міцнісними властивостями (210 - 340 МН/м2). Температура плавлення магнієвих сплавів 460-650С, температура плавлення чистого магнію 650° С. Коефіцієнт теплопровідності цих сплавів I = 0,18 •*- 0,35 кал/см-з-°С, коефіцієнт лінійного розширення а = 26-10 6.

   При зварюванні магнієвих сплавів доводиться враховувати такі їх особливості і властивості: більш низьку теплопровідність, ніж у алюмінієвих сплавів; близькість температури займання до температури плавлення; підвищені деформації та напруги при зварюванні внаслідок високого коефіцієнта лінійного розширення, високу газопоглинання при розплавлюванні сплаву, можливість утворення кристалізаційних тріщин внаслідок наявності легкоплавких евтектик і великого інтервалу температур кристалізації; низьку корозійну стійкість, що вимагає відповідного вибору складу флюсу і подальшої хімічної обробки шва після зварювання.

   Для попередження спалаху магнію ванна під час зварювання повинна бути захищена шаром флюсу, розчинюючого плівку окису магнію.

   Ливарні сплави магнію з кремнієм (МЛ1) мають невисоку міцність і низьку корозійну стійкість, але добре зварюються газовим зварюванням. Сплави системи магній - марганець (МЛ2, МА1) не дають кристалізаційних тріщин при зварюванні, але мають низьку міцність і малу пластичність зварних з'єднань внаслідок утворення крупнокристалічних структури в близько - шовній зоні.

   Сплави системи магній - марганець - церій (МА8) мають дрібнозернисту структуру і досить високі механічні властивості, але схильні до утворення кристалізаційних тріщин. Для усунення тріщино утворення при їх зварюванні застосовують присадочні дріт з підвищеним вмістом алюмінію (3% А1 і 0,4°^> Рє). Сплави магнію, що містять у своєму складі цинк, обмежено піддаються зварюванні. Магнієві сплави слід зварювати на максимальній швидкості, що забезпечує достатню швидкість охолодження, попереджає появу тріщин. Кращі результати виходять при однопрохідному зварюванні.

   В якості присадочного металу використовують дріт або прутки із сплаву того ж складу, що і зварюється. Перед зварюванням присадний метал знежирюють і труять в 20%-му розчині азотної кислоти. Безпосередньо перед зварюванням пруток необхідно зачистити металевою щіткою. Застосовувати для зачищення наждачний папір не слід.

   Для зварювання використовують флюси, що містять хлористі та фтористі сполуки. Хлоридні флюси викликають корозію металу після зварювання, і їх залишки повинні ретельно видалятися. Фторидні флюси не викликають корозії, але вони менш технологічні, так як мають велику щільність і можуть залишатися у шві. Перед використанням флюс розводять до стану пасти і наносять на крайки по обидві сторони від шва тонким шаром за допомогою кисті, а також на кінець прутка. Надлишок флюсу небажаний, так як утруднює зварювання.

   Зварювання проводять, як правило, в стик ; таврові, кутові і нахлесточні з'єднання не рекомендуються. При товщині металу до 1,2 мм застосовують відбортовку кромок; при товщині до 3 мм"- стик без скосу кромок із зазором до 2 мм; при товщині більше 3 мм V- подібну підготовку крайок з кутом скосу 30-35°, зазором 1,5-6 мм і притупленням 1,5-2,5 мм в залежності від товщини металу. Перед зварюванням поверхню кромок повинна бути ретельно знежирена і очищена від плівки окислів. Захисну плівку слід видалити механічним або хімічним шляхом.

   Діаметр дроту такий же, як і при зварюванні алюмінієвих сплавів. Потужність полум'я при товщині металу 1 - 2 мм складає 150 дм3/год ацетилену, при товщині 5 - 6 мм - 300 дм3/год ацетилену. Полум'я повинно мати невеликий надлишок ацетилену. Його направляють до поверхні металу під невеликим кутом (~10с). Застосовують тільки лівий спосіб зварювання без поперечних коливань пальником. Кінець ядра повинен відстояти від поверхні ванни на 1,5 - 3 мм. Пруток не слід занурювати в зварювальну ванну, щоб уникнути забруднення її плівками оксидів.

   Виливки після заварки дефектів піддають відпалу по одному з наступних режимів (табл. 8).

                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Зварювання нікелю і його сплавів

   Технічний нікель залежно від його марки містить 99,8-97,6% чистого нікелю. У холоднотянутом стані його межа міцності дорівнює 800-900 МН/м2 (80-90 кгс/мм2), у відпаленому стані 450-520 МН/мм2 (45-52 кгс/мм2), відносне подовження 35-40%. Температура плавлення нікелю 1452 °С, температура гарячої обробки 1100-1200 °С, температура відпалу 780-850 С. Ливарна усадка 1%. Зважаючи високої міцності, пластичності, ковкості, хімічної стійкості нікелеві сплави знаходять широке застосування в хімічному та інших видах машино - будови.

   Найбільш шкідлива домішка в нікелі - сірка, зміст якої 
в нікелі марки АЛЕ обмежується межею 0,005%, марки HI - 0,01%. Свинець не розчиняється в нікелі і тому навіть тисячні частки відсотка свинцю в нікелі надають останньому червоноламкість.

   Основні труднощі при газової зварюванні нікелю і його сплавів полягають у підвищенні пористості в наплавленому металі внаслідок поглинання газів рідким металом і різкого зменшення їх розчинності в момент кристалізації та освіті тугоплавкої окису нікелю з температурою плавлення 1650-1660° С. Для видалення окису нікелю застосовують флюси складів: 1) 100% прожареною бури; 2) 25% прожареною бури, 75% борної кислоти; 3) насиченого розчину борної кислоти в спирті; 4) 50% борної кислоти, 30% прожареною бури, 10% кухонної солі, 10% вуглекислого барію.

   Нікель задовільно зварюється газовим зварюванням. Листи завтовшки до 1,5 мм зварюють з відбортовкою крайок без присадочного металу. Аркуші товщиною до 4 мм зварюють встик без скосу кромок. Для листів більшої товщини роблять однобічний скіс кромок під кутом 35-45°. Застосування зварювання внапусток слід уникати через значних деформацій нікелю при нагріванні. Перед зварюванням аркуші скріплюють прихватками через 100-200 мм Свайку ведуть ділянками обратноступенчатым способом.

   Полум'я повинно мати нейтральний характер або невеликий надлишок ацетилену. Застосовувати полум'я з надлишком кисню не можна, так як це призводить до появи пір і підвищує крихкість наплавленого металу. Потужність полум'я 140-200 дм3/год ацетилену на 1 мм товщини металу. При зварюванні монель-металу (25%Cu, 68%Ni, 1,5% Мп, 2,5% Fe), що володіє високою стійкістю проти окислення при температурі до 750° С, потужність полум'я становить 100 дм3/год ацетилену на 1 мм товщини.

   Діаметр присадочной дроту повинен бути рівним половині товщини аркушів. Рекомендується дріт того ж складу, що і зварюваний метал, або з нікелю з домішкою до 2% Мп і до 0,2% Si.

   Сплав ніхром (75-80% Ni, 15-18% Сг, 1,2-1,4% Мп) має низьку теплопровідність і температуру плавлення 1390 °С. При зварюванні на поверхні ванни утворюється тугоплавка плівка окису хрому, видаляється механічним шляхом. Зварювання ніхрому ведуть з максимальною швидкістю без перерв, так як повторна або багатошарова зварка сприяє утворенню тріщин, появи крупнокристалічних структури та схильності сполук до міжкристалітної корозії. Полум'я повинно мати невеликий надлишок ацетилену (Ро - 0,95), потужність полум'я 50-70 дм3/год ацетилену на 1 мм товщини металу. Застосовують флюс - пасту: 40% бури, 50% борної кислоти, 10% хлористого натрію (або фтористого калію). В якості присадки використовують дріт з ніхрому марки ЭХН-80 або смужки, нарізані з зварюваного металу завширшки 3-4 мм та заокругленими крайками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 Зварювання свинцю

   Свинець - хімічно стійкий матеріал, широко використовується в хімічній промисловості для облицювання ванн, посудин, апаратів і трубопроводів. Температура плавлення свинцю низька (327 °С), при нагріванні свинець легко окислюється, покривається плівкою окису свинцю РЬО, що має температуру плавлення 850 °С.