Газове зварювання чавуну та кольорових металів

Національний  Транспортний Університет

Кафедра “Виробництво , ремонт та матеріалознавство”

 

 

Курсова робота

з дисципліни  “Газотермічна обробка матеріалів”

На тему: Газове зварювання чавуну та кольорових металів

 

 

 

                                               Виконав студент:

                                                                                                 Лавський А.І

гр. ТВ-ll-l

Перевірив професор:

Посвятенко Е.К

 

 

Київ 2013

 

 

План

Вступ…………...……………………………………………………………………..3

I. Газове зварювання чавуну

1. Зварювання чавуну…………………………………………………………….....4-8

II. Газове зварювання кольорових металів

1. Зварювання міді і його сплавів………………………………………………9-13

2. Зварювання латуні………………………………………………………………14-15

3. Зварювання бронзи……………………………………………………………16-18

4. Зварювання  алюмінію і його сплавів………………………………………….19-22

5. Зварювання магнієвих сплавів…………………………………………………23-25

6. Зварювання нікелю і його сплавів……………………………………………26-27

7. Зварювання свинцю………………………………………………………………..28

Список використаної літератури…………………………………………………….29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Вступ

   При газополум'яної обробки металів як джерела теплоти використовується газове полум'я - полум'я горючого газу, що спалюється для цієї мети в кисні в спеціальних пальниках.

   Як горючих газів використовують ацетилен, водень, природні гази, нафтовий газ, пари бензину, гасу та ін. Найбільш високу температуру в порівнянні з полум'ям інших газів має ацетиленокисневе полум'я, тому воно знайшло найбільше застосування.

  Газове зварювання - це зварювання плавленням, при якій метал в зоні з'єднання нагрівається до розплавлення газовим полум'ям.

  При нагріванні газовим полум'ям 4 кромки зварюються заготовок 1 розплавляються разом з присадним металом 2, який може додатково вводитися в полум'я пальника 3. Після затвердіння рідкого металу утворюється зварний шов 5.

  До переваг газового зварювання відносяться: простота способу, нескладність обладнання, відсутність джерела електричної енергії.

  До недоліків газового зварювання відносяться: менша продуктивність, складність механізації, велика зона нагріву і більш низькі механічні властивості зварних з'єднань, ніж при дуговому зварюванні.

  Газове зварювання використовують при виготовленні та ремонті виробів з тонколистової сталі товщиною 1-3 мм, зварюванні чавуну, алюмінію, міді, латуні, наплавленні твердих сплавів, виправленні дефектів лиття та інше.

     

 

 

 

 

 

I. Газове зварювання чавуну

1.Зварювання чавуну

   Зварюванню піддають деталі та вироби з сірого ( передільного )чавуну наступного складу: 3-3,6 % С, 1,6-2,5 % Si , 0,5-1% Мп , до 0,12 % S і до 0,8% Р. У сірій чавуні вуглець знаходиться в формі пластинчастого графіту ; тільки частина вуглецю присутній в хімічно зв'язаному стані у вигляді цементиту Fe3C . Кремній і вуглець є графітизаторами і сприяють виділенню вуглецю у вигляді графіту.

   Швидке охолодження після зварювання і присутність у чавуні таких елементів , як марганець , хром , ванадій , молібден сприяють відбілюванню . Сірка є шкідливою домішкою в чавуні , оскільки підвищує його в'язкість і збільшує усадку , затримує графітизацію чавуну. Фосфор зменшує шкідливий вплив сірки , підвищує рідко текучість чавуну , покращує зварюваність , але одночасно підвищує крихкість і твердість. Вміст сірки і фосфору в чавуні обмежують.

   Крім сірого ливарного чавуну , в техніці широко використовують спеціальні види високоміцних чавунів , одержуваних шляхом термообробки деталей , відлитих з білого чавуну , або добавкою в ливарний чавун спеціальних присадок - модифікаторів (магнію , силікокальцію , феросиліцію та ін), що сприяють виділенню графіту у вигляді включень кулястої форми , при яких підвищується пластичність чавуну і знижується його крихкість.

   Зварювання застосовують для ремонту і відновлення зношених чавунних деталей , а також при усуненні ливарного шлюбу виробів. Сірий чавун успішно і якісно зварюється газовим зварюванням . Основні труднощі, що виникають при зварюванні чавуну , наступні.

   1.Можливість утворення гартівних структур ( мартенситу , трооститу ) при швидкому охолодженні з температур вище 750 ° С.При розплавлюванні чавуну можливі місцеві перетворення графіту в цементит (вибілювання ) . У місцях гарту і відбілювання метал має високу твердість і не піддається механічній обробці     різцем.

   2.Виникнення тріщин при нерівномірному нагріванні як в процесі зварювання , так і при охолодженні після неї. Чавун має дуже малою пластичністю і при появі розтягуючих термічних напруг , що перевищують його тимчасовий опір , може руйнуватися. Небезпека появи тріщин знижується при застосуванні загального рівномірного підігріву виробу при зварюванні до температури 300 ° С.

   3. Висока волого текучість , можливість переходу з рідкого стану , безпосередньо в твердий і назад , минаючи пластичну фазу.

   4. Можливість присутності у виробі частин і ділянок з різною структурою , яка визначається умовами охолодження, які , в свою чергу , залежать від товщини стінки і поверхні охолодження . Ділянки з повільним охолодженням мають більшу структуру , ніж охолоджувати з великою швидкістю.

   5. Низька температура плавлення чавуну (1100-1250 ° С) і швидкий перехід його з рідкого в твердий стан , поява газової пористості в швах , оскільки при зварюванні утворюється велика кількість газоподібної окису вуглецю.

   6. Утворення тугоплавких окислів кремнію , що ускладнюють зварювання і вимагають застосування флюсу ( бури ) для їх видалення в шлаки.

   Характер розподілу графіту в чавуні впливає на його зварюваність . Краще зварюється чавун , в якому графіт має вигляд дрібних пластинок ( перлітний чавун) або кулясту форму. При дрібних і середніх включених графіту , оточених твердим розчином вуглецю в залозі , зварюваність задовільна. Чавун з крупними включеннями графіту у вигляді суцільної сітки , що утрудняє сплавлення основного і присадочного металу , погано піддається зварюванню.

   Основне завдання при зварюванні чавуну - отримання з'єднання , рівно міцного основному металу , з однаковою твердістю наплавленого металу , перехідної зони і основного металу , що допускає подальшу обробку зварного з'єднання ріжучим інструментом. При заварці ливарних дефектів міцність зварного з'єднання може допускатися нижче міцності основного металу. Структура та хімічний склад основного і наплавленого металу повинні бути по можливості однаковими.

   Газове зварювання чавуну - один з найбільш надійних способів отримання наплавленого металу , близького за своїми властивостями до основного. При газовій зварюванні нагрів більш тривалий і рівномірний, охолодження виробу відбувається повільніше , що створює сприятливі умови для графітизації наплавлення , і зменшується небезпека появи зон вибіленого чавуну в ділянках , прилягаючий до шву. Поряд з цим зменшується величина внутрішніх напружень при зварюванні , в результаті чого знижується небезпека утворення тріщин.

   Газове зварювання чавунних виробів слід застосовувати з загальним або місцевим попереднім підігрівом до температури 300-400 ° С. Після зварювання деталь повинна повільно остигати для отримання однорідної рівномірної структури сірого чавуну і попередження виникнення тріщин. При масовому виробництві чавунних виробів для нагріву застосовують безперервно діючі конвеєрні печі , а для уповільненої охолодження використовують камери , забезпечені тепловою ізоляцією.

   Місцевий підігрів здійснюють пальниками , індукторами , нагрівачами з деревним вугіллям або коксом і пр. Кокс і вугілля засипають в короби з листової сталі , забезпечені отворами для доступу повітря , і розпалюють . При місцевому підігріві важливо забезпечувати одночасний і поступовий нагрівання та охолодження нагріваються елементів конструкції.

   Для зварювання чавуну застосовують чавунні прутки по ГОСТ 2671 -70 . Залежно від призначення прудкі випускають таких марок: А - для гарячої газового зварювання ; Б - для газового зварювання з місцевим нагріванням і для електродних стрижнів; НЧ- 1 - для низькотемпературної газового зварювання тонкостінних відливок; НЧ- 2 - для низькотемпературної газового зварювання товстостінних виливків ; БЧ і ХЧ - для зносостійкого наплавлення (табл. 5 ) . Діаметр прутків -4 ; 6 ; 8-10 і 12-16 мм , довжина 250-450 мм.

   Твердість поверхні наплавленого металу повинна становити: для прутків марок А і Б не більше НВ 230 ; НЧ- 1 і НЧ- 2 - не більше НВ 240 ; БЧ HRC 44-66 ; ХЧ HRC 48-52 .

 

      

   Скіс кромок односторонній V - подібний , з кутом розкриття шва 90 °. При товщині до 4 мм скосу кромок не роблять. Перед зварюванням кромки повинні бути ретельно очищені від масла , іржі та інших забруднень металевою щіткою або піскоструминним апаратом і прогріті полум'ям пальника. Полум'я нормальне потужністю 100-120 дм3 / рік ацетилену на 1 мм товщини металу. Окисне полум'я викликає місцеве вигоряння кремнію і утворення включень твердого білого чавуну. Пруток при зварюванні можна занурювати у ванну тільки після того , як його кінець буде нагрітий до світло - червоного розжарювання , так як дотик ванни холодним прутком може викликати відбілювання чавуну в даній точці . Метал ванни безперервно перемішують прутком для полегшення виходу газів і видалення окислів.

   Зварювання слід вести з можливо більшою швидкістю, що не відводячи полум'я в сторону і захищаючи ванну відновної зоною полум'я від впливу навколишнього повітря. Для зменшення нагрівання металу ванни ядро полум'я видаляють вгору , не порушуючи захисту плавкого металу полум'ям пальника. Місцева затримка полум'я може викликати вигоряння кремнію і вуглецю в даній точці ванни і привести до відбілювання чавуну.

   Для видалення в шлаки окислів кремнію , марганцю при зварюванні чавуну доводиться застосовувати спеціальні порошкоподібні флюси. Крім того , для зварювання чавуну придатний також газоподібний флюс БМ- 1 , розроблений для зварювання латуні.

   Після зварювання виріб повинен повільно повністю охолодитися разом з горном або піччю (або в термоізольованій камері ) для попередження появи тріщин і викривлення, можливих при швидкому і нерівномірному охолодженні , а також щоб уникнути виникнення структури вибіленого чавуну в місці зварювання .  Особливості зварювання спеціальних чавунів . Деталі з легованих чавунів , що містять нікель , хром , мідь та інші легуючі елементи , зварюють так само, як деталі з сірого ливарного чавуну. В якості присадочного металу застосовують прутки з чавуну тієї ж марки , що і зварюваний . Можна використовувати прутки для зварювання сірого чавуну (див. табл. 5 ) , але в цьому випадку метал зварного шва за своїм складом і властивостями буде відрізнятися від основного металу , наприклад НЕ БУДЕ антикорозійним або кислотостійким і ін.

   Модифікований чавун зварюють прутками , що містять до 0,1 % Mg. Можливість появи тріщин попереджають попереднім підігрівом до температури 500 ° С.

   Ковкий чавун зварюють чавунними присадних прутків , що дають у шві структуру білого чавуну. Зварену деталь піддають термообробці по режиму, встановленому для отримання структури ковкого чавуну. У практиці ремонту чавунних виробів іноді доводиться відновлювати деталі , що піддавалися тривалий час дії високих температур і мають ділянки окисленого ( горілого ) чавуну.

   У цьому випадку зварювання ведуть окремими ділянками , попередньо розчищаючи заварюю місце від окислених шарів металу до здорового основного металу. Для цього місце зварювання нагрівають пальником , рясно посипають флюсом і за допомогою присадочного прутка видаляють плівки окислів ; потім на очищену поверхню наплавляють метал . Так само очищають і наплавляють сусідні ділянки , після чого заварюють шов по всьому перетину деталі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Газове зварювання кольорових металів

 

1. Зварювання міді і її сплавів

   При зварюванні міді і її сплавів виникає чимало труднощів , обумовлених фізико - хімічними властивостями: схильністю до окислення і утворення тугоплавких оксидів; поглинанням газів розплавленим металом , що викликає поява пористості шва ; високу теплоємність і теплопровідністю , що вимагає застосування полум'я підвищеної потужності; значною величиною коефіцієнта лінійного розширення при нагріванні , що призводить до значних деформацій виробів при зварюванні.

   Схильність до окислення і вигорання складових елементів сплавів викликає необхідність застосування при зварюванні відповідних флюсів , що захищають розплавлений метал від окислення і розчинюючих утворюються окисли , видаляючи їх в шлаки.

   Газове зварювання - універсальний , широко застосовуваний спосіб для з'єднання кольорових металів , незважаючи на те , що її продуктивність, особливо для металів великої товщини , нижче продуктивності дугового зварювання спеціальними електродами і в атмосфері захисних інертних газів. Для отримання якісних з'єднань при газовому зварюванні кольорових металів першорядне значення має точне дотримання встановленого режиму зварювання і застосування відповідних флюсів та присадочного матеріалу.

   Зварювання міді. Зварюваність міді істотно залежить від її чистоти і наявності в . Ній домішок - вісмуту , свинцю , сірки і особливо кисню. Вісмут і свинець утворюють легко плавкі евтектики , що розташовуються по межах зерен і надають міді крихкість і червоноламкість , тобто здатність до руйнування при високих температурах. Сірка і кисень також утворюють евтектики з більш низькими температурами плавлення , ніж у міді , що підвищують крихкість міді. Якщо вміст сірки більше 0,1% (сірка міститься в міді у вигляді Cu2S ) , то мідь стає червоноламкість . Кисень міститься в міді у вигляді закису міді Сі2О . Евтектика Сі2О – С і утворюється при вмісті в міді 0,38 % кисню.

   Швидкість зварювання впливає на випадання евтектики закису міді – з збільшенням швидкості ширина зони випадання евтектики зменшується. Наявність розкислювачів в дроті і флюсі також зменшує зону випадання евтектики . Тріщини в металі шва та прилеглу зону виникають по межах зерен в інтервалі температур 620-780 ° С. випускається по ГОСТ 859-66 мідь може містити до 0,15 % кисню , що погіршує її зварюваність . Тому для виготовлення конструкцій з міді з застосуванням зварювання за ГОСТ 859-66 випускають мідь марок М1р ; М2р і МЗР , в яких вміст кисню не перевищує 0,01 %.