Выбор способов сварки

Ни один из применяемых в промышленности способов сварки не является универсальным. Каждому из них присущи определенные преимущества и недостатки, поэтому при проектировании не следует ориентироваться на применение во всех случаях какого-либо одного способа. Целесообразность применения каждого способа сварки обуславливается многими факторами: химическим составом стали и ее состоянием, конструктивной формой и размерами узла, назначением узла и условиями его эксплуатации, требуемыми свойствами сварного соединения, общим объемом сварки.

Электродуговая сварка. При электродуговой сварке источником тока является сварочная дуга, которая представляет собой длительный электрический разряд в ионизированной газовой среде между электродом и свариваемым изделием. Плотность энергии дугового разряда достигает 110⁵ Вт/см². Температура в средней части дуги равна примерно 6000–7000 С, а температура электродов в точках разряда составляет 2000–3000 С.

Источниками питания для дуговой сварки служат сварочные генераторы постоянного тока, или выпрямители. При сварке на постоянном токе дуга горит более устойчиво, улучшаются условия сварки и, кроме того, имеется возможность вести сварку на прямой или обратной полярности. Переменный ток менее предпочтителен в технологическом отношении, но сварочные трансформаторы проще в эксплуатации, имеют меньший (на 40–50 %) расход энергии на 1 кг наплавляемого металла, более высокий коэффициент полезного действия, ниже стоимость единицы оборудования (на 75–83 %), меньший вес и занимают меньшую площадь, чем генераторы постоянного тока. Трансформаторы обеспечивают достаточную устойчивость дуги для сварки изделий толщиной от 2,5 мм и выше.

Для сварки металла малой толщины (до 4 мм) применяют постоянный ток, обеспечивающий при малых режимах устойчивость горения дуги. Для сварки цветных металлов и сплавов также применяют источники постоянного тока.

Источник питания по мощности, номинальному току и пределам регулирования выбирают исходя из режимов сварки, для которых предназначен источник.

При этом следует учитывать, что при недогрузке источники питания работают с низким КПД и коэффициентами мощности. Применение источника завышенной мощности является неэкономным, при этом увеличиваются затраты на амортизацию и ремонт, а также увеличивается площадь и пр. При заниженной мощности появляется необходимость работать на предельной мощности, что влечет перегрев обмоток генератора и электродвигателя.

Электроды для дуговой сварки разделяют на плавящиеся и неплавящиеся. При сварке плавящимися электродами сварной шов образуется в результате оплавления основного металла деталей и металлического электрода в виде стержней или проволоки, химический состав которой выбирают близким составу свариваемого металла. В качестве неплавящихся электродов применяют угольные, графитовые и вольфрамовые стержни. В этом случае для образования сварочной ванны и шва в дугу необходимо подавать присадочную проволоку.

Для сварки плавящимися электродами может быть использован переменный и постоянный ток. Сварку угольными электродами производят только на постоянном токе.

Дуговая сварка под слоем флюса. Сварка под слоем флюса является высокопроизводительным процессом при стабильном качестве сварных соединений. При дуговой сварке под флюсом дуга горит между голой электродной проволокой и свариваемым изделием под слоем гранулированного порошка (флюса). Эластичная оболочка расплавленного флюса надежно защищает жидкий металл от воздействия газов, содержащихся в воздухе, и препятствует его разбрызгиванию. Кроме того, при необходимости через флюс легируют металл шва кремнием и марганцем.

Применение голой проволоки позволяет увеличить сварочный ток, что увеличивает скорость сварки. При сварке под флюсом шов состоит примерно из 2/3 переплавленного основного металла и 1/3 из присадочного металла, тогда как при ручной сварке шов состоит в основном из электродного металла. Вследствие этого расход электродной проволоки меньше, чем расход электродов при ручной сварке. Высокая производительность сварки под флюсом достигается увеличением плотности тока в 4–5 раз по сравнению с ручной сваркой. Плотность тока при ручной сварке электродом диаметром 5 мм составляет около 10 А/мм², а при сварке под слоем флюса 40–50 А/мм². При сварке проволокой малого диаметра (1,6–2 мм) плотность тока иногда достигает 150–200 А/мм², т.е. в 20 раз больше, чем при ручной сварке.

При сварке под флюсом благодаря лучшему использованию тепла дуги расход электроэнергии ниже, чем при ручной сварке. Вследствие малых потерь электродного металла на угар, разбрызгивания и отсутствия огарков (проволоку поставляют в бухтах), а также снижения доли участия электродного металла в образовании шва, резко снижается расход присадочной проволоки.

Дуговая сварка под слоем флюса может проводиться в автоматическом или полуавтоматическом способе (обеспечивают механическое перемещение дуги). При автоматической сварке проволока подается в зону горения дуги при помощи автоматической головки, чем обеспечивается механическое перемещение дуги вдоль шва.

Экономическая эффективность автоматической сварки возрастает с увеличением толщины свариваемой детали, длины шва и количества изготовляемых однотипных узлов. Автоматическую сварку следует применять на прямолинейных и кольцевых швах при длине их свыше 150 мм.

При полуавтоматической сварке под слоем флюса перемещение дуги вдоль шва осуществляется вручную, что обеспечивает большую маневренность. Для сварки применяют тонкую электродную проволоку диаметром 1–2 мм.

Электродуговая сварка качественными электродами. Это наиболее универсальный способ, позволяющий выполнять все виды сварочных соединений сталей всех марок и в различных сочетаниях. Сварка может производиться в любом положении, однако потолочный шов не рекомендуется. Качество сварного шва в значительной мере зависит от квалификации сварщика.

Аргонно-дуговая сварка. При аргонно-дуговой сварке электрод, дугу и сварочную ванну изолируют от воздействия атмосферного воздуха непрерывным потоком газообразного потока. Аргон из баллона через редуктор подают в сварочную горелку. Горелка имеет вмонтированный электрод и кольцевой канал. Поступающий по кольцевому каналу аргон окружает электрод и дугу концентричной струей, создавая в зоне сварки защитную газовую оболочку. При аргонно-дуговой сварке сварочный шов получается чистый, ровный и свободный от шлака.

Сварку производят на постоянном и переменном токе.

Применяют ручную, полуавтоматическую и автоматическую аргонно-дуговую сварку. Ручная сварка производится неплавящимися электродами. Полуавтоматическая и автоматическая сварка – плавящимся и неплавящимся электродами. При полуавтоматической сварке механизирована подача присадочной и электродной проволоки и перемещение дуги вдоль линии шва автоматически поддерживает стабильное горение дуги и подачу защитного газа.

При аргонно-дуговой сварке используют неплавящиеся вольфрамовые электроды диаметром 1,5–6 мм и плавящуюся электродную проволоку диаметром 0,5–2 мм.

При сварке постоянным током неплавящимся электродом используют прямую полярность, так как в этом случае большая часть тепла дуги расходуется на расплавление свариваемого металла. При обратной полярности дуга горит неустойчиво и наблюдается сильный нагрев и распыление вольфрамового электрода.

Аргонно-дуговую сварку плавящимся электродом ведут главным образом постоянным током при обратной полярности. Катодное распыление металла детали и бомбардировка поверхности сварочной ванны положительными ионами разрушают окислые и нитридные пленки и другие загрязнения свариваемых поверхностей. Это улучшает качество сварки активных металлов и обеспечивает более высокую производительность. Аргонно-дуговая сварка плавящимся электродом может быть использована для соединения практически всех сталей и цветных металлов.

Углекислый газ в качестве защитной среды при дуговой сварке используют в том случае, когда применение других методов защиты экономически нецелесообразно. Углекислый газ является окислителем. Его используют при сварке изделий из малоуглеродистых и низколегированных сталей. Преимущества: простота автоматизации процесса, высокая производительность, отсутствие вредных выделений при сварке, меньшая стоимость углекислого газа, чем аргона или флюса. Однако может наблюдаться обогащение шва углеродом, что увеличивает склонность к межкристаллитной коррозии.

Дуговую сварку в среде водорода применяют для соединения деталей малых толщин (0,05–1 мм) из тугоплавких металлов, нержавеющих сталей, бескислородной меди, никеля и его сплавов.

Электрошлаковая сварка. Способ электрошлаковой сварки разработан Институтом электросварки имени Е.О. Патона. Этот способ сварки применяют для сварки деталей практически любых толщин. С увеличением толщины эффективность применения этой сварки быстро возрастает. Листы под сварку устанавливают вертикально с зазором между кромками 20–30 мм и выше в зависимости от толщины металла без скоса кромок. С двух сторон кромки закрывают формирующими планками (обычно медными, охлаждаемыми водой), снизу сварочную ванну закрывают влажной глиной или мокрым асбестом с металлической прокладкой. В образованном между кромками и формирующими планками пространстве происходит образование сварочной ванны.

Проволока подается автоматически из бухты, установленной выше свариваемых деталей. Там же устанавливается бункер с флюсом.

Вначале процесс протекает как при сварке под слоем флюса. Тепло дуги плавит проволоку, основной металл и флюс-шлак плавятся, затем за счет электропроводности жидкого шлака дуга гаснет (плотность тока в дуге становится недостаточной) и ток проходит через жидкий шлак, процесс становится электрошлаковым. Сварочный ток, проходя от электрода через расплавленный шлак, нагревает его и поддерживает высокую температуру. За счет тепла шлака электродная проволока и кромки деталей продолжают оплавляться. По мере расплавления электрод непрерывно подается в сварочную ванну. Подача электродной проволоки и перемещение формирующих планок производится автоматически.

Электрошлаковая сварка применяется для сварки встык и втавр деталей за один проход.

Рисунок29.1 – Схема электрошлаковой сварки:

1 – свариваемые детали; 2 – бункер с флюсом; 3 – бухта электродной проволоки;

4 – медные накладки, охлаждаемые водой; 5 – шлак; 6 – расплавленный металл;

7 – сварочный шов; 8 – асбест; 9 – подкладной лист.

Преимущества электрошлаковой сварки:

• уменьшение расхода электроэнергии в 1,5–2 раза, а флюса в 15–30 раз по сравнению с дуговой сваркой под слоем флюса;

• возможность использования для соединения деталей любых толщин за один проход;

• улучшение удаления газов и шлака из расплавленного металла;

• уменьшение перехода серы, фосфора и других вредных шлаковых примесей в наплавленный металл за счет меньшего его использования;

• возможность сварки закаливающих сталей без предварительного подогрева;

• повышение производительности в 10–15 раз по сравнению с дуговой сваркой под слоем флюса;

• качество сварного шва примерно равно качеству основного металла.

Электронно-лучевая сварка. В электронно-лучевых установках энергия непосредственно воздействует на материал изделия, и нет надобности в сложных энергетических превращениях, значит, сокращаются и потери энергии.

Эмитируемый вольфрамовым катодом пушки поток электронов получает ускорение в электрическом поле высокого потенциала и фокусируется в зоне сварки на поверхности деталей. При торможении электронного потока кинетическая энергия электронов переходит в тепловую, температура в зоне сварки достигает 5000–6000 С и происходит оплавление и частичное испарение свариваемых поверхностей с образованием сварочной ванны и сварного шва. При помощи электростатической системы и магнитных линз электронный луч фокусируется и сжимается до диаметра 0,01–2,0 мм, что позволяет сконцентрировать его энергию на очень малой площади (до 10^-7 см²). Плотность энергии луча зависит от приложенного ускоряющего напряжения. Низковольтные промышленные сварочные устройства работают с ускоряющим напряжением 10–30 кВ и создают электронный поток с плотностью энергии 10⁴–10⁵ Вт/см². Высоковольтные сварочные пушки имеют ускоряющее напряжение до 100–150 кВ и обеспечивают плотность энергии луча 10⁷–10⁸ Вт/см². Причем, КПД электронной пушки 0,98–0,99. Тонкий электронный луч высокой энергии может проникать в металл на значительную глубину. При малой ширине расплавляемой зоны сварной шов при электронно-лучевой сварке имеет форму узкого вытянутого клина с двадцатикратным и более отношении глубины к ширине. Такой характер формообразования шва носит название кинжального проплавления, в отличие от полусферической формы шва, образуемого при дуговой сварке. Кинжальное проплавление обеспечивает очень малую зону термического влияния в сварном соединении и позволяет производить сварку заготовок различной толщины, начиная с очень тонких (от 0,01 мм) изделий до 100 мм и более. Электронный луч легко управляем, позволяет точно регулировать температуру нагрева и изменять ее в широких пределах. Сварку можно производить по любой заданной кривой. Сварка в вакууме гарантирует высокие химико-физические свойства сварного шва и прилегающих к нему областей металла, так как здесь происходит процесс зонного переплава.

Получаемый электронно-лучевым методом сварной шов отличается высокой прочностью, чистотой и плотностью. Поэтому электронно-лучевая сварка широко используется для сварки тугоплавких, активных, легкоокисляющихся металлов, аустенитных сталей, сложных сплавов, имеющих повышенную склонность к росту зерна при рекристаллизации в зоне термического влияния, а также для сварки деталей из разнородных металлов с различными теплофизическими свойствами и со значительной разницей в толщинах свариваемых изделий. Некоторые металлы и металлокерамические композиции соединяются только этим способом.

В машиностроении электронно-лучевая сварка применяется для сварки мостов автомобилей, коробок передач, карданных валов, в авиационной промышленности, например, для сварки несущих плоскостей самолетов; для сварки корпусов ракет, деталей подводных кораблей, тепловыделяющих элементов атомных станций, соединения стыков труб газопроводов и нефтепроводов. Время подготовки и сварки одного стыка 15–20 мин.

Для сварки стали толщиной до 15 мм и алюминиевых сплавов до 100 мм используют электронно-лучевые установки (ЭЛУ) мощностью до 5 кВт, такая установка размещается на автомобиле. ЭЛУ не требует изготовления и доставки электродов, флюсов, газов.

Газопламенная сварка. Начало своего развития газовая сварка имела более широкое применение, чем дуговая электросварка, так как обеспечивала высокое качество сварного шва и являлась универсальным видом сварки для всех металлов.

По мере внедрения новых методов дуговой сварки развития контактной электросварки, применения специальных обмазок для качественных электродов и быстрого усовершенствования методов автоматической сварки под флюсом, обеспечивающих более высокие механические свойства сварного шва, газовую сварку стали постепенно вытеснять из ряда производств другие виды сварки. Однако до настоящего времени газовая сварка имеет еще широкое применение в таких областях, как сварка металла малых толщин (до 2 мм – технически целесообразно), сварка всех видов проката из цветных металлов, ремонтная сварка литых деталей из чугуна, бронзы, алюминиевых и магниевых сплавов, пайка твердыми припоями и пр.

Газовая сварка относится к химическим способам сварки плавлением, так как источником нагрева металла в данном случае является тепловая энергия, получаемая в результате химического процесса сгорания газообразного горючего в смеси с кислородом. В качестве горючего газа наибольшее применение получил ацетилен. Заменителем его могут служить: водород, природный газ, нефтяной газ, пиролизный газ, коксовый газ, бензин, керосин и др.

Перед выполнением газовой сварки кромки свариваемого изделия и прилегающая к ним зона (на ширину 20–30 мм с каждой стороны) должны быть тщательно зачищены до металлического блеска от окалины, ржавчины, краски, масла и других загрязнений.

Диаметр присадочной проволоки зависит от толщины свариваемых заготовок. Для сварки стали толщиной до 12–15 мм он примерно равен половине толщины детали, а при сварке стали толщиной более 15 мм диаметр проволоки выбирают равным 6–8 мм.

К недостаткам газовой сварки относятся большая зона структурных изменений и деформация узлов. Стоимость сварки в значительной степени зависит от толщины металла. Преимущества: мобильность и возможность сварки в полевых условиях.

Атомно-водородная сварка. Одна из разновидностей сварки в среде защитных газов, по техническим характеристикам близка к газовой сварке. По сравнению с аргонно-дуговой сваркой качество шва хуже, производительность ниже. Процесс осуществляется за счет теплоты дуги между двумя наклонными вольфрамовыми электродами и при переходе диссоциированного этой дугой атомного водорода в молекулярный. Подводимый водород служит одновременно и защитным газом.

Контактная сварка. Контактная сварка относится к методам сварки с применением внешнего давления. Свариваемые участки деталей нагреваются электрическим током до пластического состояния и сжимаются. Количество теплоты, выделяемой при прохождении электрического тока, составляет:

,

где Q – количество тепла, кал;

I – ток, А;

R – полное сопротивление сварочного контура, Ом;

t – время прохождения тока, с.

Максимальное количество тепла выделяется в месте соприкосновения свариваемых деталей, так как сопротивление в зоне контакта значительно больше, чем сопротивление других участков сварочного контура.

Контактная сварка может производиться переменным током частотой 50 Гц, а также импульсами постоянного тока. Разновидностями контактной сварки являются стыковая, точечная и роликовая.

Ток протекает по вторичной обмотке сварочного трансформатора, проходит через свариваемые детали, включенные во вторичную обмотку. В месте контакта детали разогревают до пластического состояния или частичного оплавления и сжимаются.

Стыковая сварка (рис. 29.2.) применяется для соединения деталей по всей площади соприкосновения. Стыковой сваркой соединяются стержни различного профиля и сечения (площадью сечения от 1 до 10000 мм²), полосы и листы (толщиной от 0,7 до 4 мм, шириной до 2200 мм). Стыковую сварку применяют также для соединения стали, медных и алюминиевых сплавов, некоторых сплавов титана. Сваривают и разнородные металлы. Сталь с медью, латунь с медью и др.

Рисунок 29.2 – Схема контактной стыковой сварки:

1 – зажим; 2 – заготовка; 3 – сварочный трансформатор

Рисунок 29.3 – Схема двусторонней (а) и односторонней (б) точечной сварки

Соединение листовых заготовок производят точечной (рис 29.3) и шовной (рис.29.4) сваркой. В зависимости от расположения электродов точечная сварка может быть двусторонней (рис.29.3,а) и односторонней (рис.29.3,б).

При двусторонней сварке заготовки накладывают друг на друга и зажимают стержнями металлическими электродами, по которым пропускают сварочный ток. Односторонняя сварка осуществляется двумя электродами, расположенными с одной стороны свариваемой заготовки: электрический ток, разогревающий металл в точках сварки, замыкается между электродами через вторую (нижнюю) заготовку и нижнюю медную пластину (подкладку), которая подкладывается для увеличения тока, протекающего через нижнюю заготовку.

Диаметр сварной точки зависит от диаметра электрода, величины сварочного тока и продолжительности разогрева при сварке. Практически размер точки по ширине составляет 1,0–1,2 диаметра электрода, который обычно выбирают на 3–4 мм больше суммарной толщины свариваемых заготовок. Точечная сварка применяется главным образом для соединения листов и приварки их к каркасам. Точечной двусторонней сваркой сваривают внахлестку две, три или даже четыре заготовки. Точечную сварку используют для соединения заготовок одинаковой и различной толщины в пределах от 0,001 до 5 мм.

С применением пульсационного режима сварки толщина свариваемых листов может быть увеличена на 30–40 %.

Роликовая (шовная) сварка обеспечивает получение сплошного шва, непроницаемого для газов и жидкостей. Этой сваркой могут свариваться листы толщиной 2,5+2,5 мм из углеродистых сталей и до 1,5+2 мм – из легированных сталей. Возможно соединение листов, значительно отличающихся по толщине (от 0,3 до 3 мм).

Рисунок 29.4 – Схема двусторонней (а) и односторонней шовной сварки

Скорость сварки – около 2 м/мин, сварочный ток при сварке листов толщиной 1 мм из малоуглеродистой стали 8000–16000 А.

Контактная сварка – наиболее высокопроизводительный процесс, при котором время выполнения сварного соединения исчисляется секундами. Успешно применяется при массовом производстве.

Диффузионная сварка в вакууме. При диффузионной сварке в вакууме неразъемное соединение образуется в результате взаимной диффузии атомов поверхностных слоев контактирующих материалов, находящихся в твердом состоянии. Для ускорения процесса диффузии свариваемые заготовки нагревают до температуры, близкой к температуре рекристаллизации. Сварку ведут в вакууме для предотвращения образования на соединяемых поверхностях окислых пленок, препятствующих диффузии. Операцию сварки ведут в следующей последовательности. Свариваемые поверхности предварительно очищают от окислов и загрязнений и доводят до высокого класса чистоты механической обработкой или химическим травлением с последующей промывкой. Затем свариваемые заготовки помещают в рабочую камеру и сдавливают с небольшим усилием. Из камеры откачивают воздух до остаточного давления 10^-2–10^-5 мм.рт.ст., после этого заготовки нагревают и выдерживают определенное время при заданной температуре. Диффузионная сварка имеет ряд преимуществ перед другими методами. Отсутствует необходимость в присадочных материалах, флюсах. Сварные соединения получаются без заметного изменения физико-механических свойств материалов заготовок. Этим способом можно сваривать сталь с алюминием, вольфрамом, титаном и молибденом; медь с алюминием и титаном; титан с платиной, серебро с нержавеющей сталью, керамику между собой и с металлом.

Ультразвуковая сварка. Ультразвуковой обработкой называют такие технологические операции, которые осуществляются при обязательном присутствии упругих механических колебаний ультразвуковой частоты. В настоящее время в промышленности используют колебания частотой от 15 до 170 кГц.

Для получения неразъемности соединения свариваемые заготовки предварительно сжимают внешним усилием и при помощи специального инструмента к месту сварки подводят ультразвуковые механические колебания. Под воздействием энергии ультразвуковой волны в тонких слоях контактирующих поверхностей создаются сдвиговые деформации, разрушающие поверхностные пленки. В зоне сварки материал нагревается и размягчается. Приложенным внешним усилием создаются местные пластические деформации, частицы свариваемых заготовок сближаются на расстояние действия межатомных сил, и между ними возникает прочная связь.

Температура в зоне сварки значительно ниже температуры плавления. Например, при сварке меди температура в зоне контакта не превышает 600 С, а при сварке алюминия 200–300 С. Сравнительно небольшое тепловое воздействие обеспечивает минимальное изменение структуры металлических и других свариваемых материалов.

Аналогично контактной электросварка ультразвуком может быть точечной, шовной или стыковой.

Сваркой ультразвуком соединяют заготовки и различной в основном малой (до 0,005 мм) толщины. Хорошо свариваются разнородные металлы и металлы с керамическими материалами. Не требуется тщательной подготовки свариваемых поверхностей, обычно ограничиваются обезжириванием. При этом прочность соединений, выполненных сваркой ультразвуком, составляет 90 % прочности наиболее прочного металла свариваемых заготовок.

Сварка трением. Открыта в 1956 году токарем-новатором Чудиновым. Применяется для соединения встык. Способ сварки: одна деталь закреплена в патроне, а другая в резцедержателе. При быстром вращении в месте соприкосновения детали разогреваются до пластического состояния. При остановке вращения и при сжатии детали свариваются. При этом расход энергии меньше, чем при контактной сварке для стали в 8–10 раз, а при сварке алюминия – в 30 раз.

Особенности сварки различных металлов.

Сварные изделия не должны иметь дефектов в виде трещин, пор, неметаллических включений и п.т. Механические и теплофизические свойства сварных участков, по возможности, должны быть такими же, как свойства свариваемых деталей.

Малоуглеродистые и низколегированные стали хорошо свариваются всеми способами сварки. Основным затруднением при сварке этих сталей является закалка околошовной зоны и вероятность образования холодных трещин. Поэтому при электродуговой сварке рекомендуется предварительно подогревать заготовки до температур 100–300 С, а непосредственно после сварки подвергать готовые изделия отпуску.

Высоколегированные стали вследствие их меньшей теплопроводности и повышенного значения коэффициента термического расширения свариваются гораздо хуже. При дуговой сварке возможен их перегрев, что повлечет за собой возникновение значительных деформаций и появление трещин. В связи с этим сварку ведут при пониженном значении тока с предварительным подогревом заготовок и с обязательной термической обработкой после сварки.

При сварке нержавеющих аустенитных сталей необходимо производить сварку с перерывами, с тем, чтобы не допускать перегрева металла. В случае сварки толстых деталей каждый последующий слой наклепывается после полного остывания предыдущего и зачистки его.

При сварке меди необходимо учитывать, что теплопроводность меди в 5,5 раз выше, чем у железа. Это вызывает высокий теплоотвод от места сварки и увеличивает ширину разогрева металла.

Медь способна к сильной окисляемости с образованием закиси меди Cu₂O, которая в виде низкоплавкой эвтектики располагается по границам кристаллов сварного шва, делая его хрупким. Способность меди в большей степени, чем железо, растворять газы, вызывает пористость шва при остывании.

Примеси кислорода, водорода, висмута, свинца, серы, фосфора, сурьмы, мышьяка существенно ухудшают свариваемость меди.

При температуре 500 С медь теряет прочность и пластичность.

Сварку меди производят неплавящимися или плавящимися электродами в среде аргона или азота и их смеси. Сварка может осуществляться вольфрамовым электродами на постоянном токе прямой полярности, угольным электродом или металлическим электродом со специальным покрытием. В качестве присадочного материала используют прутки или проволоку из чистой меди. Во всех случаях необходимо обеспечить: 1) защиту сварочной ванны от окисления; 2) раскисление жидкой меди; 3) дополнительный подвод тепла. После сварки меди любым способом сварные швы необходимо проковывать.

При сварке алюминия и его сплавов необходимо учитывать, что алюминий энергично реагирует с кислородом, образуя тугоплавкий окисел Al₂O₃ с температурой плавления 2050 С (чистый алюминий плавится при 658 С) и большим удельным весом 3,9 (чистый 2,7). Он может оставаться в металле шва и резко снижать механические свойства сварных соединений. Теплопроводность алюминия в 3 раза выше, чем у железа, а коэффициент линейного расширения в два раза выше, чем у железа. В интервале температур 500–600 С алюминий очень непрочен и свариваемые детали могут быть разрушены даже под собственным весом. Алюминий при нагреве не имеет пластического состояния и сразу же из твердого состояния переходит в жидкое.

Перечисленные особенности затрудняют процесс сварки алюминия и требуют применения специальной технологии, которая сводится к следующему: 1) для растворения окислых пленок применяют специальные флюсы и электродные покрытия, остатки которых должны быть тщательно удалены с металла после сварки; 2) в качестве присадочного материала рекомендуется алюминиевая проволока, содержащая 5 % кремния; 3) листы толщиной 6–7 мм сваривают в один проход без разделки кромок, сварка листов большой толщины осуществляется с разделкой кромок со скосом 30–60; 4) сварку рекомендуется вести на стальных подкладках; 5) толстолистовой алюминий (более 20 мм) сваривают с предварительным нагревом до 300–400 С.

В начале сварки применяют ток большего значения, а по мере разогрева детали величину тока снижают на 10–15 %.

Сварку алюминия и его сплавов обычно ведут аргонно-дуговым способом. Листы толщиной от 0,5 до 10 мм сваривают неплавящимся вольфрамовым электродом или угольным электродом, более толстые листы сваривают плавящимся электродом. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности.

В практике приходится иметь дело с четырьмя основными группами алюминиевых сплавов: алюминиево-маргацовистые сплавы АМц, алюминиево-магниевые АМг, Алюминиево-медные Д (типа дуралюмина) алюминиево-кремниестые АС (силумин). Первые три группы сплавов относятся к деформируемым сплавам, а четвертая – к литейным. Сплавы типа АМц содержат от 1 до 1,6 % марганца и обладают повышенной антикоррозионностью, прочностью, твердостью и хорошо свариваются. Прибавление магния в сплав улучшают его коррозионные свойства и прочность (сплав типа АМг содержит 2-6 % магния и хорошо сваривается), однако с увеличением содержания магния свариваемость сплава ухудшается.

Сплавы типа дуралюмина являются деформируемыми и упрочняемыми, т.е. повышающими свою прочность и твердость при термической обработке путем закалки с последующим искусственным или естественным старением.

Сварка листов алюминия или его сплавов толщиной до 4 мм производится встык без скоса кромок, с зазором 0,5 мм. При толщине 4–18 мм производится V – образный скос кромок под углом 30–35.

Соединения внахлестку следует избегать, так как затекающий между кромками флюс в дальнейшем вызывает сильную коррозию. Перед сваркой кромки на ширину 30–60 мм в обе стороны шва должны быть обезжирены и зачищены металлической щеткой от слоя окиси алюминия. Слой окиси может быть удален химическим путем. Для сплавов АМц и АМг – 25 % раствор ортофосфорной кислоты, а сплавов АД и АМг – обезжиривание в щелочном растворе с последующим травлением в 4–5 %-ном растворе каустика в течение 1 мин и затем обработкой в 30–35 %-ном растворе азотной кислоты. После каждой операции заготовку необходимо тщательно промыть водой. Протереть и высушить. Сварку ведут на подкладных листах. Присадочный материал тот же по химическому составу, что и основной металл.

Сварка двухслойных сталей. Двухслойные стали представляют собой малоуглеродистые стали, облицованные тонким слоем коррозионностойкой стали.

Основной особенностью сварки двухслойных сталей является необходимость применения различных технологических процессов для сварки основного и облицовочного слоев. Сквозное проплавление разнородных металлов при сварке не допускается, так как в этом случае произойдет их смещение и разбавление легированного слоя углеродистой сталью.

Механизированную сварку изделий из двухслойных сталей обычно производят двухсторонним швом в такой последовательности. Швы сваривают по ручной подварке или на флюсовой подушке.

При сварке по ручной подварке сначала ручной сваркой со стороны малоуглеродистой стали накладывают разделительный слой 1 (рис. 29.5) до уровня слоя легированной. После наложения разделительного шва и его зачистки накладывают второй слой автоматической сваркой, заваривая швы малоуглеродистой сталью.

Рисунок 29.5 – Схема сварки двухслойной стали

Рисунок 29.6 – Схема сварки двухслойной стали

Сварку легированной стали производят в последнюю очередь, после вырубки корня шва. Сварку ведут вручную в среде аргона или применяют полуавтоматическую сварку под слоем флюса.

В случае, если сварка внутри аппарата затруднена, то сварку ведут со стороны основного слоя по следующей схеме (рис. 29.6).

Заваривается коррозионностойкий слой электродами, имеющими такой же состав стали, как и легированный слой. Затем заваривается зона 2 с электродами с повышенным составом легирующих элементов, а последним варится слой 3 углеродистой сталью.

Электродуговая сварка чугуна. В зависимости от сложности формы и размеров детали применяют горячую, полугорячую и холодную сварку чугуна.

Сварка чугуна применяется при ремонтных работах. Шов должен быть только горизонтальный ввиду большой жидкотекучести чугуна.

При большой длине шва в сварочную ванну вводят графитовые перегородки. Туда же вводят и флюс. Сварка на сквозняке недопустима.

В качестве электродов служит углеродистая сталь диаметром 4–6 мм с покрытием. Горячая сварка чугуна производится с предварительным подогревом чугуна до температуры 600-700 С и медленным охлаждением сварного шва вместе с печью. В качестве присадочного материала используют чугунные прутки диаметром 8–25 мм с покрытием. Сварку ведут на постоянном токе, но она возможна и на переменном токе.

Полугорячая сварка чугуна проводится с предварительным нагревом до температуры 250–400 С и медленном охлаждении.

Холодная сварка чугуна применяется в случае невозможности использования горячей или полугорячей сварки. Холодная сварка имеет следующие недостатки: в зоне расплавленного металла образуются твердые кристаллы (отбеленный чугун), возможно образование трещин. Основной и наплавленный металл отличается по свойствам и структуре. Присадочными материалами служит малоуглеродистая проволока диаметром 3–4 мм с меловым покрытием. Сварочный шов не поддается механической обработке. При использовании проволоки из никелевых сплавов диаметром3–4 мм с графитовым или меловым покрытием сварочный шов поддается механической обработке. В качестве присадочного материала может применяться пучок электродов, сталь, медь, латунь, чугун аустенитный.

Сварка титана. При сварке титана необходимо учитывать высокую активность его в интервале температур около 400–450 С и соединения его с газами, содержащимися в воздухе, с образованием нитридов, гидридов, карбидов и пр., которые изменяют механические свойства сварного шва. Поэтому сварку титана ведут в среде аргона, т.е. аргонно-дуговой сваркой. Охлаждение сварного шва до температуры 350 С также осуществляется в среде аргона. Для этой цели используют короба. Зачистка деталей осуществляется непосредственно перед сваркой. Электроды содержаться в отдельном тубусе.