Технология сварки цветных металлов


Особенности технологии газовой сварки цветных металлов

Главные особенности сварки цветных металлов? Газовая сварка цветных металлов широко применяется в быту при выполнении различных ремонтных работ. Но многие люди, пытаясь самостоятельно сварить изделие из цветного металла, сталкиваются с трудностями. Это связано с тем, что цветные металлы по своим физико-химическим свойствам отличаются от стали и чугуна, и технологии соединения металла, применяемые для черных металлов не подходят для изделий из цветного металла.

Газовой сварке, при желании, может научиться каждый

Какие же есть особенности у цветных металлов?

  • Во-первых, это температура плавления. У меди, олова, латуни, бронзы, алюминия она гораздо ниже, чем у стали и чугуна. При чрезмерно высокой температуре металл не только растекается, но и начинает испаряться.
  • Во-вторых, теплоемкость цветных металлов очень высока. Поэтому изделия перед сваркой необходимо нагревать, повышая и поддерживая тепловой режим.
  • В-третьих, цветные металлы при нагревании активно окисляются и впитывают газы. Это приводит к загрязнению сварочной ванны, расплескиванию металла и образованию пор. Механические свойства шва, его прочность и внешний вид значительно ухудшаются.
  • В-четвертых, цветные металлы сильно расширяются при нагревании и дают большую литейную усадку. Результат – внутренние деформации, трещины в швах, большие остаточные напряжения.

Принцип работы газовой сварки и необходимое оборудование.

Газовая сварка – сварка, при которой нагрев и плавление металла происходят с помощью пламени от сгорания газов. Для сварки могут применяться различные газы: кислород, ацетилен, пропан, бутан, аргон и их смеси. Наиболее распространенными являются ацетилен-кислородная и пропано-бутан-кислородная смеси.

Для производства сварочных работ необходимо специальное оборудование: ацетиленовый генератор (аппарат для получения ацетилена путем взаимодействия карбида кальция с водой) или баллоны с горючим газом, редукторы для кислорода и рабочего газа, горелка с набором наконечников, шланги для подачи газа в горелку, сменные сопла для газовой сварки, флюсы и присадочные прутки.

Так же на сварочном посту есть и общее оборудование – сварочный стол, сборочные и удерживающие приспособления, набор инструментов. И, конечно же, мощная вентиляционная установка. Испарения цветных металлов и газов очень вредны для здоровья, так что на этом пункте экономить не следует. Так же, как и при выполнении любых других сварочных работ, не стоит забывать о средствах индивидуальной защиты: одежда, закрывающая все тело, рукавицы, очки с черными стеклами или маска, респираторы.

При газовой сварке, используется большой ассортимент смесей

Подготавливаем детали к сварке.

Правила подготовки деталей к газовой сварке почти не отличаются от ручной дуговой  или полуавтоматической сварки. Детали должны быть чистыми, без следов масла, копоти, грязи, формовочной смеси. Поверхность под работу – ровная, без зазубрин, ям, бугров. Рекомендуем следующий порядок действий:

  • Зачистка кромок и сопряженных поверхностей (можно использовать и механический, и химический способ).
  • Сборка деталей и их закрепление (лучше всего это делать в кондукторе – специальном приспособлении, которое обеспечит ровную установку и не позволит деталям разойтись в процессе соединения).
  • Сделать прихватки (если металл тонкий, то не больше 5 мм, с интервалом в 70-100 мм; если металл толстый, то не более 20 мм с интервалом 400 мм.)
  • Установить угол детали. Лучше всего располагать детали под углом 7-10 градусов к поверхности стола. Это обеспечит равномерное заполнение кромок расплавленным металлом.

Свариваем детали.

Для сварки различных металлов используются разные технологии. Газовая сварка меди, например, производится под флюсом, который нужно добавлять в процессе работы на присадочный пруток и в сварочную ванну.

Технология сварки латуни схожа со сваркой меди. Разница лишь в проковке шва: она зависит не от температуры, а от содержания цинка. Если цинка меньше 46%, то делают холодную проковку, если от 40, то используется проковка при температуре 650 градусов. Газовая сварка латуни дает огромное количество испарений цинка, крайне вредных для здоровья. Необходимо защищать органы дыхания респираторами, а еще лучше – сделать бездымный процесс (мощная вентиляция в столе, над столом, или помещение детали в спец. камеру).

Бронзу можно так же сваривать с помощью газа, но не всю. Главным образом так сваривают оловянную бронзу. Кремнистые и алюминиевые бронзы варят аргоном и ручным дуговым способом.

Газовая сварка применяется и при работе с алюминием. Он сваривается в среде аргона с использованием присадочных прутков. Аргоновая сварка – один из самых дорогих видов сварки. Это обусловлено высокой стоимостью и значительным потреблением аргона.

Каждый газосварщик должен, знать принцип работы своего оборудования

Варить цветные металлы лучше всего встык. Тавровые швы и сварку внахлест лучше не делать, так как в этом случае сложнее удалять шлаки и окислившиеся оксиды. Убрать оксидные прослойки можно проковкой шва. Так же нужно обеспечить плавное остывание изделия. Для этого можно накрыть изделие изоляционным материалом, либо поместить его в специальную печь. Не допускайте сквозняков и резких скачков температуры.

Контролируем качество.

Качественными считаются швы, которые:

  • Удовлетворяют требованиям стандартов и технологической документации
  • Не имеют видимых изъянов (пор, трещин, окалины, посторонних включений).

Проверка качества шва может осуществляться разными способами. Самый простой – это визуальный осмотр. Крупные дефекты: поры, трещины, оксидные пленки будут видны.

Для более точного контроля можно использовать специальные приборы: рентген, дефектоскоп. Они покажут, если ли внутренние трещины шва и непровары, которые могут ослабить шов.

Во многих деталях очень важна герметичность. Проверить швы на непроницаемость можно с помощью керосина. Швы проливаются керосином с одной стороны и выдерживаются некоторое время (от 20 минут до часа). Керосин очень гигроскопичен. И если в шве есть хотя бы мельчайшие поры, непровары, трещинки, он пройдет сквозь шов и на обратной стороне детали образуются видимые пятна.

Сваривать цветные металлы несложно, если соблюдать технологию и учитывать их особенные свойства. А применение газовой сварки цветных металлов почти безгранично, так что этот способ может стать хорошим выбором для проведения ремонтных работ, либо изготовления изделий.

zavarimne.ru

40) Глава 6

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЧУГУНА, СТАЛИ, ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ. НАПЛАВКА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ. ПАЙКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

§ 25. Сварка чугуна

  Сварка чугуна наиболее часто применяется для исправления дефектов отливок и при ремонтных работах. В местах сварки чугуна образуется структура белого чугуна повышенной твердости: вследствие чего сварной шов трудно подвергается обработке режущим инструментом. Из-за больших напряжений в изделии образуются трещины. Перед заваркой (сваркой) дефекты вырубают до чистого металла и производят разделку V-образных кромок с углом в 60 - 70'. Края трещин засверливают во избежание расширения их при сварке.   Сварку чугуна производят следующими способами. Горячая сварка применяется в тех случаях, когда после сварки шов подвергается обработке режущим инструментом или должен иметь прочность не ниже основного металла. После V-образной разделки кромок чугунную деталь подвергают нагреву до 550 - 600' С и затем производят газовую или электродуговую сварку с применением прутков или электродов из чугуна.   Предварительный нагрев детали уменьшает скорость затвердевания наплавленного чугуна и его охлаждения и способствует устранению отбеливания. После сварки деталь медленно охлаждают в печи или кладут в яму и засыпают сухим песком.   Мелкие чугунные детали подвергаются общему нагреву, а крупные детали - местному нагреву пламенем древесного угля или кокса в зоне, непосредственно прилегающей к сварочному шву.   При газовой и электродуговой сварке применяют присадочные чугунные прутки или электроды диаметром 8 - 12 мм с повышенным содержанием углерода (3,8 - 4,0%) и кремния (3,4 - 3,6%). При газовой сварке в качестве флюса используют буру Na₂B₄O₇ или буру в смеси с борной кислотой в отношении 1:1. Холодная сварка применяется в тех случаях, когда сварной шов не подвергается механической обработке и может иметь пониженную прочность. Этот способ сварки производится быстро, и он наиболее экономичен. Газовая или электродуговая сварка без подогрева производится с применением присадочных прутков или электродов из малоуглеродистой проволоки. Сварной шов имеет структуру отбеленного чугуна.   При сварке крупных и средних деталей для получения надежного соединения чугуна с наплавленным металлом ввертывают на резьбе в кромки свариваемых деталей стальные шпильки в шахматном порядке. К стальным шпилькам хорошо приваривается электродный металл, в результате чего получают прочное соединение чугунных деталей.   Зачистка сварного шва при сварке без подогрева производится абразивными кругами.   Для уменьшения твердости сварного шва производят сварку биметаллическими электродами (содержащими 60 - 70% меди и 30 - 40% железа), монель-металлом (70% никеля и 30% меди), медноникелевыми и железоникелевыми электродами. Прочность сварного соединения при использовании таких электродов составляет 60 - 80% от прочности основного металла.   Сварка белого чугуна осуществляется электрической дугой или газовым пламенем с применением стальной проволоки, сварка ковкого чугуна - газовым пламенем с латунным присадочным прутком или электродуговая - электродом из медноникелевого сплава. Возможна сварка чугуном с последующим отжигом.

§ 26. Особенности сварки стали

  Сварку низкоуглеродистой стали можно производить любыми методами - газовым, электродуговым, контактным и др. Электродуговая сварка имеет наибольшее применение. Стали с содержанием углерода менее 0,25% и низколегированные хорошо подвергаются сварке без применения предварительного подогрева и специальных электродов при условии использования рациональных режимов сварки и надежной защиты наплавленного металла от воздействия воздуха.   При сварке конструкционных сталей - углеродистых и среднелегированных во избежание закалки, образования трещин, изменения структуры необходимо применять в зависимости от химического состава стали предварительный нагрев до 300 С с последующим после сварки отжигом или отпуском. При ручной электродуговой сварке следует применять преимущественно постоянный ток; использовать электроды, обеспечивающие в металле шва необходимые свойства. Для повышения прочности сварного соединения в наплавляемый металл вводят в ряде случаев легирующие элементы (Mn, Si, Сr, Ti и др.), способствующие получению мелкозернистой структуры; производят послойную проковку шва; накладывают валики малого сечения; производят местное охлаждение наплавленного металла теплоотводящими медными прокладками или водой во избежание перегрева зоны сварки.   Сварка высоколегированных сталей производится по специальной технологии в зависимости от марки стали.

§ 27. Сварка цветных металлов и сплавов

  Сварка цветных металлов и сплавов часто затруднена ввиду образования тугоплавких окислов, способности к поглощению значительного количества газов (кислорода, азота, водорода и др.), уменьшения прочности и резкого возрастания хрупкости при нагреве и др.

  Сварка меди и ее сплавов применяется газовая и дуговая.

  Теплопроводность меди в шесть раз больше теплопроводности железа. Медь при повышенных температурах соединяется с кислородом, образуя закись Cu₂O и окись меди CuO, а также насыщается водородом; при нагреве в среднем диапазоне температур пластичность и прочность ее резко снижаются.   При нагреве меди в окислительном пламени образуется закись меди Cu₂O, закись меди восстанавливается водородом Cu₂O + Н₂ =- 2Cu + H₂O с образованием водяного пара, который создает внутреннее давление в металле, приводящее к образованию в нем пор и трещин (водородная болезнь).   Для газовой сварки применяют присадочный материал из меди с содержанием фосфора до 0,25% или кремния 0,15% или чистую электролитическую проволоку, вводя в состав флюса раскислитель - фосфорную медь.   Обычно применяемый флюс имеет в своем составе прокаленную буру или смесь, содержащую 70% буры; 10% борной кислоты, 20% поваренной соли.   Во избежание окисления и перегрева меди сварку производят нейтральным пламенем с повышенной скоростью, при расходе ацетилена почти в два раза большем, чем при сварке стали.   Для повышения прочности сварной шов обычно подвергают ковке при температуре 400 - 500' С с последующим отжигом и охлаждением в воде.   Удовлетворительные результаты получаются при сварке дугой на постоянном токе с применением угольных электродов при прямой полярности. Поверхность основного металла в зоне сварки покрывают порошком того же состава, что и для газовой сварки меди.   Сварку меди металлическим электродом выполняют короткой дугой на постоянном токе обратной полярности. Сварочный ток применяют 50 - 100 а на 1 мм диаметра электрода; электроды, присадочные прутки изготовляются из оловянистой или кремнистой бронзы. Рекомендуется производить предварительный нагрев изделий при толщине стенки более 5 - 6 мм.   Сварное соединение хорошего качества получается при сварке в атмосфере защитного газа (аргон, азот или их смеси) вольфрамовым электродом на постоянном токе прямой полярности.

  Сварка латуни производится газовая и электродуговая угольными электродами. Сварка латуни затруднена ввиду значительного испарения цинка; температура кипения цинка 907'С близка к температуре плавления латуни 920 - 950 С. Газовая сварка осуществляется окислительным ацетилено-кислородным пламенем для создания на поверхности ванны пленки тугоплавкой окиси кремния и цинка, защищающей металл от дальнейшего испарения и выгорания цинка. Присадочный пруток обычно изготовляют из латунной проволоки ЛК 62-0,5. Присадочные прутки при электродуговой сварке угольным электродом применяют из фосфористой или кремнистой бронзы. При сварке дугу направляют на конец присадочного прутка, касающегося ванны. Флюс употребляют тот же, что и при сварке меди.

  Сварка оловянистой бронзы обычно производится электродуговым металлическим электродом. Применяется также сварка электродуговая с использованием угольных электродов. Электрод применяют литой из фосфористой бронзы. Предварительный нагрев детали производят до 300 - 400' С.   При газовой сварке применяют прутки из фосфористой бронзы или латуни; флюс используют того же состава, что и при сварке меди. Ацетилено-кислородное пламя применяют нейтральное.

  Сварку алюминия и его сплавов осуществляют различными способами: газовой сваркой, электродуговой (металлическим и угольным электродами), аргоно-дуговой, диффузионной в вакууме и на контактных машинах. Для понижения температуры плавления тугоплавкой окиси алюминия Al₂O₃ (температура плавления 2050'С) и защиты расплавленного металла от окисления применяют специальные флюсы и обмазки. Для газовой и электродуговой сварки угольным электродом используют флюс следующего состава: 45% хлористого калия, 15% хлористого лития, 30% хлористого натрия, 7% фтористого калия, 3% кислого сернокислого натрия. Обмазка металлических электродов состоит из 35% криолита, 50% хлористого калия, 15% натрия. Газовую сварку производят пламенем с небольшим избытком ацетилена.

  Присадочный материал применяют того же состава, что и алюминиевый сплав. Толстостенные изделия перед сваркой подогревают до температуры 300 - 400' С. Поверхность свариваемых кромок тщательно очищается, обезжиривается бензином или каустической содой. Разделку кромок детали производят при сварке алюминия толщиной более 5 - 6 мм.   Электродуговая сварка алюминия и его сплавов выполняется на постоянном токе обратной полярности. Высокого качества шва достигают при сварке в защитных средах.   Для контактной сварки алюминия применяется ток большой силы при незначительном времени его протекания.

  Сварка магниевых сплавов осуществляется газовым пламенем, электродуговая-угольным электродом, аргонодуговая, диффузионная в вакууме, контактная и др. Сварка газовым пламенем и электродуговая производится с применением специальных флюсов, понижающих температуру плавления тугоплавкой окиси магния. Хорошее качество достигается при аргонодуговой сварке, которая производится без флюса, при сварке ультразвуком и электронным лучом.

§ 28. Наплавка твердых сплавов на поверхность деталей

  Наплавка металла на поверхность детали дает возможность придать ей необходимые механические и физико-химические свойства и тем самым повысить надежность и долговечность работы и снизить себестоимость.   На детали, подвергающиеся при эксплуатации значительному износу, наплавляют сплавы, обладающие повышенной твердостью. Нанесение износостойкого слоя на поверхность стали осуществляется наплавкой электродами, присадочными прутками, зернистыми порошками, содержащими легирующие элементы, а также за счет перехода износостойких металлов и их соединений из специальных флюсов (обмазок) при расплавлении. Чем больше карбидов в наплавленном слое и чем он тверже, тем он более износоустойчив. Один из наиболее дешевых способов нанесения износостойкого слоя на поверхности детали - наплавка отбеленного чугуна, при которой наплавленный слой обладает повышенной твердостью и износостойкостью за счет выделения карбида железа.   Высокой износостойкостью обладают наплавки, содержащие карбиды хрома и особенно бора. Для наплавок применяют хромистые чугуны, хромистые стали 3Х13 и др.   При использовании для наплавки электродов марки ХР19 с легирующей обмазкой наплавленный слой, имеющий повышенную твердость (HRC 60 - 62), содержит 3,1% С; 22 - 25,0% Cr; 1,0% В.   Наплавка твердых сплавов на поверхность деталей увеличивает стойкость последних, уменьшает износ и удлиняет срок работы. Твердые сплавы обладают высокой твердостью (HRC 50 - 90), сохраняющейся, в отличие от закаленной стали, при нагреве до высоких температур значительной хрупкостью, понижающей сопротивление ударным нагрузкам.   Твердые сплавы наплавляют на поверхность деталей, подвергающихся износу; обычная толщина слоя наплавки 1,5 - 2,5 мм.   Механическая обработка наплавленных твердых сплавов производится абразивами. Применяют следующие твердые сплавы.

  Литые сплавы, отливаемые в виде прутков диаметром 5 - 6 мм, применяют для наплавки на поверхности деталей, подвергающихся износу при трении о металл (штампы, пуансоны, детали машин). Они отличаются износоустойчивостью при нагреве до 600 - 700' С. К ним относятся: сормайт, содержащий 2,5- 3% С; 25 - 31% Cr; 3,5% Ni, и ВК-3 (стеллит) с содержанием 1- 1,5% С; 28 - 32% Cr; 4 - 5% W; 58 - 62% Со.

  Литые сплавы наплавляют газовым пламенем и электрической дугой при помощи угольного или металлического электрода.   При наплавке сплава газовым пламенем (флюс - бура) поверхность металла нагревают сильно науглероженным пламенем для понижения температуры плавления поверхностного слоя основного металла. После расплавления металла на небольшую глубину присаживают расплавленный присадочный пруток из сормайта или сплава ВК-3. Охлаждение детали производят в песке.   Зернистые сплавы используют в виде грубозернистого порошка с зернами размером 1 - 3 мм из материалов, которые после наплавки на деталь превращаются в твердый сплав. Зернистые сплавы применяют для наплавки на поверхности деталей, подвергающихся износу при соприкосновении с породой (детали землеройных машин). К такой группе твердых металлов относятся: Наименование                       Состав в % Сплав сталинит                С - 8 - 10; Mn - 13 - 17; Cr - 16 - 20; остальное - Fe Сплав Вокар                   С - 9,5 - 10,5; W - 85 - 87 Висхом-9                         С - 6; Mn - 15; Cr - 5; остальное - чугунная стружка   Наплавка зернистых сплавов производится дуговой сваркой угольным электродом на постоянном токе при прямой полярности. Перед наплавкой деталь тщательно очищается от окислов и загрязнений, после чего на нее равномерно наносится тонкий слой сплава, расплавляемый затем дугой. Обычно наплавку сталинита производят в два слоя. Желательно по окончании наплавки деталь отжигать при температуре около 900' С с последующим медленным охлаждением.

  Трубчатые зернообразные сплавы ТЗ имеют высокую твердость, используют для наплавки бурового инструмента (долота, шарошки). Их изготовляют в виде трубчатых стержней из малоуглеродистой стали диаметром 6-8 мм, наполненных зернами из карбида вольфрама, борида хрома и др.

  Высокой износостойкостью обладает сплав КБХ10, содержащий борид хрома, применяемый для наплавки изделия из стали, подвергающегося значительному воздействию абразивной среды. Наплавленный слой металла содержит 2,0 - 2,26% С; 25% Cr; 2,4% В, остальное - Fe. Наплавку сплавов ТЗ производят газовым пламенем или электродугой.

  Металлокерамические сплавы в виде пластин из карбидов вольфрама, карбидов титана, карбидов хрома, сцементированных кобальтом или никелем, применяют для режущего и бурового инструмента.

  Карбидохромовые твердые сплавы имеют удельный вес в два раза меньший, чем удельный вес вольфрамокобальтовых сплавов, и в 3 - 4 раза меньшую стоимость; сплав может наплавляться на сталь.   Металлокерамические сплавы припаиваются к державке инструмента медью или латунью; нагрев осуществляют газовым пламенем, в машинах для контактной сварки или высокочастотным нагревом.

  Плавленые карбиды по химическому составу состоят почти из чистого сплавленного карбида вольфрама; обладают наиболее высокой твердостью и значительной хрупкостью. Отдельные куски наплавленных карбидов ввариваются в расплавленную поверхность инструмента так, чтобы они несколько выступали над поверхностью основного металла. Поверхностное оплавление обычно осуществляется индукционным нагревом.

  При работе инструмента происходит более быстрый износ основного металла, чем режущих граней кусков плавленых карбидов, в результате чего выступающие острые грани карбидов хорошо разрушают горную породу при бурении.   Для электрошлаковой наплавки используют специальные электроды, обеспечивающие получение наплавленного слоя толщиной не менее 15 мм нужной твердости. Наибольшее применение при электрошлаковой наплавке имеют порошковые трубчатые электроды.   Для наплавок тонких слоев металла применяют электроимпульсные способы - электроискровой и вибродуговой. При электроискровой наплавке используют в качестве источника тепла искровой разряд незначительной длительности (тысячные доли секунды). При каждом импульсе тока расплавляется и переходит на изделие с плавящего электрода небольшое количество металла, что позволяет наплавлять даже острие резца; толщина наплавленного слоя составляет менее 0,1 мм.

  При вибродуговой наплавке (рис. 29) можно наносить на изделие слой металла толщиной от 0,5 мм и более.

 Процесс наплавки состоит из одинаковых циклов, в каждом из которых происходит замыкание электрода с наплавляемой поверхностью детали, размыкание и образование кратковременной дуги. Подача электрода к изделию до замыкания составляет 50 циклов в секунду при частоте вибрации в 50 гц. Сварочная головка производит подачу проволоки и вибрацию электрода. В зону плавления непрерывно подается вода или 4-процентный раствор соды. Вибродуговая наплавка успешно применяется для восстановления изношенных деталей небольшого размера.

§ 29. Пайка металлов и сплавов

  Пайкой называют процесс соединения металлов, находящихся в твердом состоянии, путем расплавления присадочного металла- припоя, имеющего температуру плавления более низкую, чем температура плавления основного металла. Между расплавленным припоем и основным металлом происходят процессы взаимного растворения и диффузии, в результате чего получается прочное соединение деталей. Поверхность металлов, соединяемых пайкой, необходимо тщательно очистить от окислов и загрязнений; зазор между деталями должен быть небольшим, но оптимальным для каждой комбинации металл - припой. Окислы с поверхности деталей удаляют травлением в кислотах. Пайку часто производят с применением флюсов, назначение которых состоит в улучшении смачиваемости и защите припоя и основного металла от окисления. Иногда применяются самофлюсующиеся припои. Пайка производится двумя способами - твердыми и мягкими припоями. Для пайки твердыми припоями применяются латунь, медь, серебро, имеющие температуру плавления выше 500' С. Предел прочности соединений, паянных твердыми припоями, составляет до 45 кГ/мм² (450 МПа); нагрев изделий под пайку осуществляют газовым пламенем, электричеством . (сопротивлением, высокочастотным нагревом). В массовом производстве применяют пайку в печах и в соляных ваннах.   Пайка мягкими припоями осуществляется при температуре плавления их ниже 400 С. Прочность паяных соединений при этом составляет до 5 - 7 кГ/мм² (50 - 70 МПа).   Для пайки пищевой посуды и медицинской аппаратуры используют припой ПОС-90: 90% Sn; 0,1 - 0,15',4 Sb; примеси Cu, Bi, As не более 0,25%; остальное - Pb; температура начала плавления 183' С. Для пайки латуни, меди, железа применяют припой ПОС-40: 40% Sn, 1,5 - 2,0 Sb; примеси не более 0,25%, остальное - Pb.   Для пайки изделий, работающих при повышенных температурах, используют припой с содержанием 97,5% Pb, 2,5% Ag; температура начала плавления 304' С.   Для малоответственной пайки применяют припой, содержащий 13% Sn; 27% Pb; 50% Bi, 10% Cd, с температурой плавления 80' С.   Нагрев деталей при пайке мягкими припоями производят паяльниками, газовыми горелками, погружением в расплавленный припой, покрытый сверху флюсом и др. В качестве флюса используются канифоль, хорошо очищающая медь и латунь от окислов; раствор хлористого цинка - 25 - 50% и нашатыря - 5 - 20% (остальное вода); стеарин для пайки свинца и свинцовых сплавов и др.   Значительные трудности вызывает пайка алюминия вследствие образования тугоплавкой окиси алюминия Al₂O₃. После тщательной очистки и обезжиривания поверхности изделия производится пайка мягкими припоями, содержащими 60% Cd, 40% Zn или 55% Sn, 25% Zn и 20% Cd, с применением флюса, состоящего из хлористого цинка (73%) и фтористого натрия (27%). Производится также пайка алюминия без применения флюса методом ультразвуковой пайки, при которой окисные пленки разрушаются вследствие воздействия ультразвуковых высокочастотных колебаний.

  При серийном производстве применяются автоматическая пайка изделий т. в. ч., контактная и ультразвуковая, обеспечивающие высокую производительность и хорошее качество соединения металлов.

Статьи по теме:

ags-metalgroup.ru

Газовая сварка цветных металлов

Медь и ее сплавы обладают большой теплопроводностью, что создает дополнительные трудности при их газопламенной обработке. Для преодоления теплопроводности меди требуется концентрация большего количества тепла, что влечет за собой перегрев металла и укрупнение его структуры. Кроме того, медь обладает низкой стойкостью к образованию трещин в массиве сварочного шва и склонностью к образованию газовых включений. Свариваемость меди во многом зависит от наличия примесей и, в первую очередь, оксидов. Чем меньше в меди содержится оксидов, тем выше ее свариваемость. Кроме того, образовавшийся при повышенных температурах оксид меди размещается по границам кристаллической решетки, что приводит к повышению хрупкости сварочного шва.

Подготовка к сварке медных деталей заключается в тщательной зачистке до металлического блеска кромок и протравке их в азотной кислоте. Детали плотно сжимают между собой без скоса кромок. Медь варят нормальным пламенем с применением  защитных флюсов, что препятствует образованию оксидов меди. Сварку ведут быстро, без перерывов в работе. В качестве присадочного материала можно использовать обычную медную проволоку, диаметр которой зависит от толщины свариваемого металла. Кроме того, для сварки меди часто используют специальную проволоку марки МСр-1. Зависимость толщины присадочной поволоки от толщины свариваемых деталей отражена в таблице 1.

Таблица 1. Соотношение толщин присадочной проволоки и свариваемой детали

Толщина меда, мм До 1,5 1,5-2,5 2,5-4 4-8 8-15 Более 15
Диаметр присадочной проволоки, мм 1,5 2 3 4-5 6 8

Сварку медных деталей ведут в один слой, а при необходимости сварки листов толщиной более 10 мм работают одновременно двумя горелками с двух сторон. Для защиты сварочной ванны используют флюсы, примерный состав которых приведен в таблице 2.

Таблица 2. Состав флюсов для защиты сварочной ванны

Компонент Состав флюса (помасое), %
№1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8
Бура прокаленная 100 - 50 75 50 50 70 56
Борная кислота - 100 50 25 35 - 10  
Поваренная соль - -   - -   20 22
Фосфорнокислый натрий - - - - 15 15 - -
Кварцевый песок - - - - - - -  
Древесный уголь - - - - - - -  
Углекислый калий (поташ) - - - - - - - 22

Флюсы вводят в виде порошков, пасты или подают зону сварочной ванны в парообразном состоянии.

Для придания сварочному шву необходимых механических свойств после сварки осуществляют проковку, которую для листов толщиной до 4 мм выполняют в холодном состоянии. Листы толщиной более 4 мм перед проковкой подогревают до температуры 500 — 600°С. Необходимую вязкость сварочных швов получают при термической обработке. Для этого деталь нагревают до температуры 550 — 600°С и быстро охлаждают в воде.

Латунь представляет собой сплав меди с цинком. В специальную латунь могут вводить дополнительные добавки алюминия, свинца, никеля, кремния и других легирующих элементов. Сварочная ванна, получающаяся при газопламенной обработке, активно впитывает в себя газы, что способствует образованию пор и трещин. Кроме того, цинк, имеющийся в составе латуни, под действием высоких температур кипит и испаряется, что сказывается на свойствах сварочного шва. Зависимость температуры кипения цинка от состава латуни отражена на рис.1.

Рис.1. Зависимость температуры кипения цинка от состава латуни: 1 — температура кипения цинка; 2 — температура сварки; 3 — температура полного расплавления

Для того чтобы уменьшить это отрицательное явление, при сварке создают избыток кислорода, который способствует созданию окислов. Оксиды покрывают сварочную ванну пленкой, которая снижает испарения цинка. С этой же целью вводят в виде присадки кремний, который активно окисляется под действием кислорода, создавая над сварочной ванной тугоплавкую пленку. Диаметр присадочного материала подбирают в зависимости от толщины свариваемой латуни по таблице 3.

Таблица 3. Соотношение толщины латуни и диаметра присадочного материала

Толщина свариваемой латуни 1-2 2-3 4-5 6-7 8-10
Диаметр присадочной проволоки, мм 2 3 5 7 9

Марку присадочного материала подбирают, исходя из марки свариваемой латуни. Ацетилено-кислородную сварку ведут окислительным пламенем с применением флюсов, состав которых приведен в таблице 4.

Таблица 4. Флюсы для ацетилено-кислородной сварки

Компонент Состав флюса (по массе), %
№1 №2 №3 Марки БМ-1
Бура прокаленная 100 50 20 -
Борная кислота - 35 80 -
Фтористый натрий - 15 - -
Метилборат - - - 75
Метиловый сирт - - - 25

При толщине свариваемой латуни более 6 мм используют многослойную сварку, накладывая каждый последующий шов после тщательной зачистки предыдущего. Сварку латуни можно выполнять пропан-бутановыми  смесями  и  керосино-кислородным пламенем.

Кромки металла перед сваркой зачищают до металлического блеска и протравливают 10%-ным раствором азотной кислоты с последующей промывкой и просушкой. Швы после сварки проковывают или проколачивают, придавая им нужные механические свойства.

Бронза представляет собой сплав меди с любым металлом кроме цинка, поэтому при ее сварке нет необходимости выполнять защиту кремнием. В зависимости от состава бронза может быть оловянистой (когда в сплаве присутствует олово) и безоловянистой, содержащей в составе алюминий, кремний, никель, хром и другие металлы, кроме олова.

Олово является легкоплавким металлом, поэтому во избежание его выгорания не допускается избыток в пламени кислорода. Избыток в пламени ацетилена может привести к пористости шва, поэтому оловянистые бронзы варят строго нормальным пламенем. Жидкотекучесть оловянистой бронзы не позволяет выполнять сварку в других положениях шва, кроме нижнего. Присадочный материал следует подбирать того же состава, что и основной. Допускается применение в качестве присадочного материала фосфористой бронзы, потому что фосфор является хорошим раскислителем. Сварочный шов после сварки подвергают отжигу при температуре 750°С и закалке при температуре 600 — 650°С. Это позволит придать шву необходимые физико-механические свойства, что особенно важно в ответственных конструкциях.

Бронза, имеющая в своем составе алюминий, требует нормального пламени, так как тугоплавкие окислы алюминия А120„ получающиеся при избытке кислорода, оседают на дно сварочной ванны. Флюсы используют те же, что и при сварке меди, а присадочный материал лучше использовать того же состава, что и свариваемая бронза. При наличии в бронзе кремния ответственные детали перед сваркой подвергают предварительному нагреву до температуры 300 — 350°С.

Газовая сварка алюминия и его сплавов

Алюминий плавится при относительно низких температурах (660°С), а его оксиды являются тугоплавкими, поэтому сварка алюминия и его сплавов при помощи газопламенной обработки требует высокой квалификации сварщика. В противном случае швы получаются с микротрещинами и с повышенной пористостью. Основной причиной образования пор является водород, который при кристаллизации алюминия остается в массиве шва. С трещинами, причиной которых является кремний, борются добавлением в алюминий железа. Для снижения вероятности образования оксидов сварку следует выполнять нормальным или слегка науглераживающим пламенем с пониженным содержанием кислорода. Не допускается применение окислительного пламени.

Трудности, связанные со сваркой алюминия и его сплавов, требуют тщательной предсварочной подготовки свариваемых кромок, которые зачищают от окисных пленок и загрязнений. Для этого пользуются напильниками, шаберами металлическими щетками и абразивными кругами. В ответственных деталях свариваемые кромки дополнительно обезжиривают ацетоновой смывкой, бензином, дихлорэтаном или подвергают травлению 10%-ным раствором едкого натра. После обезжиривания или травления кромки промывают горячей водой и высушивают при температуре 100 — 120°С. После травления кромки подвергают дополнительной нейтрализации 10%-ным раствором азотной кислоты. Подготовку кромок для сварки выполняют не позже, чем за 3 — 6 часов до сварки. Если за это время сварку не производили, то кромки готовят вторично, так как на поверхности успевают образоваться новые окислы.

Сборку деталей перед сваркой выполняют, исходя из толщины свариваемых деталей. При необходимости перед сваркой накладывают прихваточные швы, расстояние между которыми устанавливают по таблице 5.

Таблица 5. Интервалы между прихваточными швами

Толщина свариваемого металла, мм Растояние между прихватками, мм Размеры прихваток, мм
Высота Длинна
До 1,5 20-30 1-1,5 2-4
1, 5-3 30-50 1,5-2,5 4-6
3-5 50-80 2,5-4 6-8
5-10 80-120 4-6 8-12
10-25 120-200 6-12 12-26
25-50 200-360 12-20 26-60

Присадочную проволоку выбирают того же состава, что и основной металл. Термически упрочняемые сплавы «АМц» варят проволокой Св АК5, содержащей кремний, который повышает жидкотекучесть сварочной ванны и снижает величину усадки шва. Сплавы типа «АМг» варят присадочным материалом с несколько большим содержанием магния, чем в основном металле. После сварки шов проковывают в холодном состоянии. Составы флюсов, применяемых при газопламенной обработке алюминия и его сплавов, приведены в таблице 6. Все флюсы, применяемые для сварки алюминия и его сплавов, гигроскопичны, поэтому они активно поглощают влагу. Во избежание повышенного влагосодержания флюсы следует хранить в герметической таре. Оставшиеся после сварки флюсы удаляют промывкой в горячей воде, так как они способствуют возникновению коррозии шва.

Таблица 6. Флюсы для газопламенной обработки алюминия

Компонент Марка флюса и состав (по массе), %
АФ-4А АН-А201 АН-4А ВАМИ КМ-1
Хлористый калий 55 - - 50 45
Хлористый натрий 28 -   30 20
Хлористый литий 14 15 - - -
Хлористый барий - 70 - - 70
Фтористый натрий 3 - 70 - 15
Фтористый литий - 15 30 - -
Криолит - - - 20 -

Газовая сварка свинца

Трудности, возникающие при сварке свинца, вызваны большой разницей температуры плавления основного металла и его оксидов. Так, свинец плавится при температуре 327°С, а его оксиды — при температуре около 888°С. Поэтому сварку свинца следует вести нормальным пламенем после тщательной предсварочной подготовки. Предсварочная подготовка свинцовых кромок подобна той, которую применяют при сварке алюминия и его сплавов. Защиту сварочной ванны выполняют флюсом, в качестве которого при небольших толщинах свариваемого металла применяют стеарин, которым натирают кромки свариваемых деталей перед сваркой. При больших толщинах свариваемых кромок в качестве флюса используют смесь стеарина с канифолью.

Жидкотекучесть свинца вызывает трудности при сварке вертикальных швов. Такие швы в большинстве случаев накладывают при помощи кристаллизатора, представляющего собой полукольцо (рис. 2). Кристаллизатор прикладывают к свариваемым кромкам и после кристаллизации сварочной ванны, заполняющей его полость, перемещают вверх. В качестве присадочного материала применяют свинцовую проволоку или полоски свинца.

Рис. 2. Сварка вертикального шва с кристаллизатором: 1 — кристаллизатор; 2 —  присадочный пруток; 3 — горелка

build.novosibdom.ru

Свариваемость цветных металлов и технология сварки меди - Мир сварки

Сварка различных цветных металлов осуществляется с помощью совсем иных технологий, чем сварка стали. Это обусловлено механическими, химическими и физическими свойствами металлов: они обычно имеют более активно выраженную химическую активность с атмосферными газами, особенно в расплавленном виде, а также обладают большей теплопроводимостью.

Для чего нужна сварка цветных металлов?

Эти металлы, такие как медь, латунь, бронза, алюминий, титан, никель, цинк, часто используются для создания различных сварных конструкций и некоторых деталей различных механизмов и машин. Также с помощью сварки избавляются от различных дефектов отливок, что очень важно для производства.

Чтобы правильно сваривать цветные металлы и избегать негативных последствий, нужно очень скрупулезно и тщательно подойти к этому вопросу. Для этого необходимо подобрать правильные сварочные материалы, а также выполнять получение неразъемного соединения согласно инструкциям.

Какие свойства меди мешают сплаву быть качественным?

  • Медь слишком легко окисляется, когда она в расплавленном виде.
  • Медь недостаточно стойкая к образованию пор, причиной возникновения которых является появление водяного пара и химического элемента водорода.
  • Чрезмерная теплопроводимость Cu.
  • Линейное расширение меди имеет слишком высокий коэффициент. Для сравнения, у стали линейное расширение в 1,5 раз меньше.
  • Слишком большая текучесть материала.

Несмотря на вышеперечисленные трудности, медь широко используется в различных промышленных отраслях. Для таких случаев было разработано несколько методов сварки Cu, самые известные из которых – газовый и аргонодуговый способы. Рассмотрим каждый их них по отдельности.

Газовая сварка

Газовый метод не так прост в использовании, однако, если придерживаться методики процесса, медь таким способом отлично сваривается. В первую очередь, нужно правильно сделать ковку швов и осуществить сварку. В результате получится хорошее соединение. При использовании этого способа вы добьетесь прочности этого шва около 17 килограмма силы на миллиметр в квадрате, при том, что прочность самой меди – 22 килограмма силы на миллиметр в квадрате.

Процесс работы

Учитывая тот фактор, что у меди слишком высокая теплопроводимость по сравнению с тем же железом, пламя для работы с ней должно быть достаточно мощным. Показателями пламени являются: 150 литров в час (если толщина детали, с которой работают, меньше 1 сантиметра); 200 литров в час (при ширине от 0,1 сантиметра); если же изделия совсем толстые, то одной горелки будет недостаточно, придется использовать две: первая с мощностью 150-200 литров в час, а вторая – 100. Первая необходима для разогрева деталей, а вторая – для их соединения.

Второй проблемой при работе с медью можно считать то, что приходится постоянно отводить тепло. Чтобы добиться этого, приходится использовать листы асбеста для подкладывания их с обеих сторон свариваемого объекта. Также при работе с медью используется специальное пламя, называемое восстановительным. Его ядро расположено прямо под углом 90 градусов к краям той детали, которую вы варите на полусантиметровом расстоянии от самой сварочной ванны.

Следующей трудностью является окисление меди. Чтобы замедлить этот химический процесс, достаточно просто очень и очень быстро работать, не делая практически никаких пауз. Это поможет вам избежать такой неприятности, как образование на свариваемом материале горячих трещин. Но не забывайте следить за пламенем, старайтесь успеть все как можно быстрее.

Нельзя забывать и о технике безопасности: не используйте прихватки, а работайте строго в специальном приспособлении для сварочных и сборочных работ.

Далее позаботьтесь о присадке. Для этого нужно применить специальную электротехническую медную проволоку. Иногда вместо электротехнической применяется раскислительная проволока, главное, чтобы в ней было до 0,2 процента фосфора и 0,3 процента кремния. При этом диаметр выбранной проволоки должен быть такой, чтобы он был равен половине сантиметра от размера самого материала, с которым ведется работа, то есть не более 0,8 сантиметров.

Не менее важен процесс правильного распределения тепла так, чтобы край основного металла плавился после того, как расплавится проволока. Это нужно для того, чтобы присадочная часть меди накладывалась на кромки, которые еще не до конца расплавились.

Для скашивания краев на листах, имеющих толщину более 0,3 сантиметра, выбирайте угол 45 градусов. Перед началом работы слегка затупите кромки и зачистите их до блеска. Можно не чистить их, а обработать азотной кислотой, а затем промыть тщательно в воде.

Как вы помните, медь легко окисляется, так что для того, чтобы ее раскислить и удалить все окислы, прибегните к флюсам. Делается это следующим образом: берется сварочная ванна, в нее помещаются флюсы, затем этими флюсами нужно обработать присадочные пруты и края изделий. Не забывайте про оборотную сторону медного сплава – он тоже должен быть обязательно обработан. Вширь флюс должен достигать 5 сантиметров.

После того как у вас получатся выплавленные зерна из используемого материала, их нужно измельчить. Для этого все швы нужно тщательно проковать. Это также нужно и для того, чтобы улучшить плотность материала. Что нужно для этого? Прежде всего, нужно помнить, что материал должен быть холодным и иметь толщину полсантиметра. Если же материал толще, его нужно разогреть до 250 градусов и затем быстро остудить холодной водой. Благодаря этому вы сможете сберечь структуру материала, а также сделать его более пластичным.

И наконец, для предотвращения трещин ни в коем случае не куйте при высоких температурах (от 550 градусов и выше), иначе прочность меди очень сильно снизится.

Аргонодуговый способ

Этот метод популярен в тех случаях, когда требуется изготовить сварные конструкции из меди. Главным средством в такой сварке является защитный газ, а именно – аргон или его сочетание с гелием, с примерным соотношением 50 на 50. Что дома, что в производственных условиях, сваривание меди происходит с помощью вольфрамового электрода. Далее позаботьтесь о присадке. Для этого нужно применить медную проволоку или проставку, которая кладется в стык. Еще используется специальный технологический бурт.

Преимущество именно этого сварочного метода в том, что дуга, свариваемая специальным плавкоустойчивым электродом, становится более крепкой. Применяется этот вид сварки тогда, когда нужно соединить мелкие детали, особенно если они расположены в неудобных местах.

Процесс работы

Главное условие сварки аргонодуговым способом – это постоянный ток. Электрод нужно расположить в той же плоскости, что и стык, только под углом 60 градусов. Если толщина материала до 5 миллиметров – он должен быть холодный, если же он толще – нужно его разогреть до 300 градусов. То же самое касается тех деталей, которые вы собираетесь соединять. Перед началом работы слегка затупите кромки и зачистите их до блеска, если медь тоньше 5 миллиметров – кромки не разделяйте. Нежелательно, но допустимо применение в работе с медью электродов, подверженных плавлению.

svarnou.ru


Смотрите также