книги / Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

ственного назначения толщиной не более 4—5 мм, не подле­ жащих сдаче Госгортехнадзору.

Мощность пламени и соотношение кислорода и горючего газа в смеси следует устанавливать согласно данным, приве­ денным в табл. 9.6, учитывающим коэффициенты замены аце­ тилена горючими газами и керосином.

По данным табл. 9.5 и 9.6 определяется требуемая мощ­ ность пламени для сварки и используется соответствующий номер наконечника горелки с учетом ее паспортной характе­ ристики.

При сварке латуни и бронз мощность пламени устанавли­ вается примерно такая же, как для сварки стали. Мощность пламени при сварке меди в 1,5 раза больше из-за ее высокой теплопроводности.

В первом приближении можно принять, что при сварке ме­ талла толщиной г^5 мм коэффициент К„ равен: 12 для мало­ углеродистой стали, 18 для меди, 16 для латуни и 6,5 для алюминия. При сварке >5-мм металла Кп уменьшается на 20—25 %.

9.2.4. Особенности технологии газовой сварки Газовая сварка углеродистых сталей

Малоуглеродистые стали хорошо свариваются ацетиленкнслородным пламенем, а среднеуглеродистые стали свариваются удовлетворительно. Высокоуглеродистые стали свариваются плохо.

Заменителями ацетилена (пропан-бутан, природный газ и др.) можно сваривать лишь детали толщиной до 4—5 мм, не подлежащие сдаче Госгортехнадзору.

Особенности техники сварки различных видов сварных швов даны в табл. 9.7.

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНИКИ СВАРКИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ

робления соединяемых листов. Рациональ­ нее пользоваться для этого вида сварного шва электродуговой сваркой

Газовая сварка чугуна

Существуют два основных способа газовой сварки чугуна с рас­ плавлением основного металла: горячая сварка с общим или местным предварительным подогревом и холодная сварка — без предварительного нагрева детали (отливки). Газовая сварка чугуна плавлением применяется для устранения дефек­ тов объемом до 100 см3 в чугунных отливках, выявленных до механической обработки.

Для исправления более крупных дефектов экономически целесообразно использование электродуговых процессов.

Другие способы устранения дефектов без расплавления ос­ новного металла называются пайкосваркой и используются для исправления дефектов, выявленных на последней стадии меха­ нической обработки, когда на нее остаются малые припуски.

Чугун сваривают с использованием как ацетилена, так и газов—заменителей ацетилена. Пламя — нормальное или с не­ большим избытком горючего газа.

Трудности газовой сварки чугуна в основном связаны с тремя факторами: возможностью отбеливания чугуна и появ­ ления структур закалки, склонностью к образованию трещин в металле шва и околошовной зоны, склонностью к порообра­ зованию в металле шва. Способы устранения указанных труд­ ностей даны в табл. 9.8, из которой видно, что для первых двух факторов важное значение имеет подбор соответствующих режимов нагрева И охлаждения шва и основного металла. Третий фактор регулируется прогревом жидкой ванны пламе­ нем горелки после заполнения разделки дефекта и активным перемешиванием ванны. Важное значение для устранения от­ меченных трудностей газовой сварки чугуна имеет также пра­ вильный выбор составов присадочных металлов, флюсов, при­ емов разделки кромок и т. д.

Пайкосварки чугуна характеризуется тем, что на первом этрпе процесса не образуется жидкой ванны и наплавка осу­ ществляется Отдельными каплями жидкого присадочного металла (припоя)- Под действием флюса и давления пламени капли легко растекаются тонким слоем по основному металлу и под действием капиллярных сил проникают в чугун, увели­ чивая тем самь)м прочность соединения.

Другая особенность процесса — снижение рабочей темпера­ туры по сравнению с обычными способами сварки достигается использованием специальных флюсов (см. табл. 9.3). Поверх­ ностно-активнее флюсы облегчают процесс смачивания и обра­

ТРУДНОСТИ. ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ГАЗОВОЙ СВАРКЕ ЧУГУНА. И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

МАФ-1 не превышает 750—800 °С, а при применении латунных припоев ЛОК-59-1-03 и ЛОМНА 49-05-10-4-0,4 составляет 650— 750 °С.

Газовая сварка латуни. Основные трудности, возникающие при сварке латуни, связаны со значительной испаряемостью из сварочной ванны цинка (до 25—30 %) и склонностью латуней к трещинообразованию.

Улучшение свариваемости латуни достигается технологиче­ скими приемами и использованием присадочных металлов (см. табл. 9.2) с малыми (до 0,5 %) добавками кремния и кремния в сочетании с поверхностно-флюсующим элементом — бором. Кремний на порядок снижает угар цинка, а бор оказывает флюсующее действие вследствие образования комплексных

соединений (в первую очередь с оксидами цинка), легко переводи­ мых в шлаки. Кроме того, образующаяся на поверхности жид­ кого металла пленка из шлаков на основе борного ангидрида непроницаема для цинка, но проницаема для выделяющихся из расплавов газов.

Хорошие результаты дает применение газообразного флюса БМ-1, т. е. газофлюсовой сварки. Процесс сварки получается бездымным, а механические свойства сварного соединения — высокими.

9.3. О борудование и ап п ар ату р а

Типовые представители оборудования и аппаратуры, применяе­ мые при газовой сварке, приведены в табл. 9.9.

В СССР для сварки преимущественно применяют универ­ сальные горелки инжекторного типа, в которых горючий газ подается под низким (~0,001 МПа) давлением.

Раздел Z

::С В А РК А Д А В Л Е Н И Е М

При сварке давлением образование соединения осуществляется, главным об­ разом, за счет совместной пластической деформации материалов в зоне их контактирования. При этом нагрев выступает лишь в качестве сопутствую­ щего активирующего фактора и в некоторых процессах может отсутствовать вообще.

Согласно общей теории, любой процесс сварки развивается постадийно. При этом физика явлений, ответственных за формирование межатомных свя­ зей, сводится к трем наиболее важным стадиям.

{ . О б р а з о в а н и е ф и з и ч е с к о г о к о н т а к т а . На этой стадии происходит сближение соединяемых поверхностей на расстояния, соизмеримые с атомными расстояниями в кристаллической решетке. При всех способах сварки давлением эта стадия реализуется за счет пластической деформации микровыступов контактирующих поверхностей (обеих при сварке однородных сочетаний металлов или менее прочной при сварке разнородных сочетаний). Наличие небольших количеств жидкой фазы в некоторых процессах (напри­ мер, при диффузионной сварке через расплавляющиеся прослойки) облегчает

монолитного соединения непременно проходит через эту стадию. При этом возникают так называемые «активные центры». Активация поверхностей при сварке давлением происходит одновременно с образованием контакта в зна­ чительной мере за счет пластической деформации (механическая активация). Нагрев также способствует развитию этой стадии взаимодействия (терми­ ческая активация).

В общем случае суть активации поверхностей состоит в создании условий, при которых атомы, расположенные по обе стороны контактной границы, смогут вступать во взаимодействие с образованием межатомных связей. Эта стадия включает ряд важнейших физических процессов, в том числе разруше­ ние органических пленок и оксидных слоев (очистка поверхностей), а также

повышение энергии поверхностных атомов до уровня, при котором возможно химическое взаимодействие.

Стадия активации заканчивается схватыванием по большей части пло­ щади контактирования. Однако учитывая, что образование активных центров вследствие неоднородности взаимодействия происходит не одновременно по всей поверхности, ее длительность, в зависимости от интенсивности силового воздействия и свойств свариваемых материалов, может изменяться от долей секунды до нескольких десятков минут.

Процесс получения работоспособного соединения в большинстве случаев

сварка давлением осуществляется без внешнего нагрева (холодная сварка, сварка взрывом), стадия объемного взаимодействия не получает существен­

взависимости от сочетания свойств соединяемых материалов (однородные, разнородные) и их совместимости, которая определяется прежде всего веро­ ятностью образования интерметаллидов.

Впервую группу следует отнести способы сварки, при которых соеди­ нение завершается на стадии схватывания контактных поверхностей. В этой группе стадия объемного взаимодействия не получает развития вследствие низких температур (холодная сварка, сварка взрывом, магнитно-импульсная) или ввиду сравнительно высоких скоростей деформирования (ударная сварка

ввакууме, сварка прокаткой, термокомпрессионная сварка). Поэтому зона

контакта, как правило, четко выражена. Способы этой группы наиболее при­ годны для сварки разнородных материалов при опасности образования интер­ металлидов в контакте.

Вторая группа включает способы, при которых объемное взаимодействие получает заметное развитие и соединение завершается образованием общих зерен в зоне контакта. Такие процессы наиболее пригодны для сварки мате­ риалов в однородных сочетаниях.

Г л а в а 10. Д И Ф Ф У З И О Н Н А Я С В А РК А

10.1. О бщ ие сведения

В основе технологии лежит способ, разработанный в СССР проф. Н. ф. Ка­ заковым в 1953 г. [1]. Относится к классу термомеханических процессов (ГОСТ 19521—74). Находит наибольшее применение в электронной, электро­ технической, автомобильной, авиационной промышленности, а также в энерге­ тическом, химическом машиностроении и других отраслях техники. От общего объема механизированных способов сварки на долю диффузионной сварки вместе с другими, так называемыми новыми способами (например радиоча­ стотной, электронно-лучевой видами сварки) приходится 4,5—7,7% [2—3]. По прогнозам, предполагается некоторое расширение использования этих спосо­ бов к 2000 г. до ~ 8 %. Наибольшее применение среди технически развитых стран способ находит в нашей стране, а также в Японии, США, Франции, Великобритании, Германии [4].

10.1.1. Терминология и основные схемы

Диффузионная сварка входит в группу способов сварки давлением, при кото­ рых соединение происходит за счет пластической деформации свариваемых частей при температуре ниже температуры плавления, т. е. в твердой фазе {ГОСТ 2601—84, СТ СЭВ 5277—85). Отличительной особенностью является применение повышенных температур при сравнительно небольшой остаточной деформации.

Процесс может осуществляться с использованием большинства тепловых источников, известных при сварке. Наибольшее применение на практике на­ ходят индукционный, радиационный, электронно-лучевой нагрев, а также нагрев проходящим током, тлеющим разрядом и нагрев в расплаве солей.

Контакт соединяемых деталей при сварке выполняется либо непосредст­ венно, либо через прослойки (фольговые или порошковые прокладки, покры­ тия).

Чаще всего диффузионную сварку проводят в вакууме. Однако принципи­ ально возможно осуществление процесса в атмосфере защитных или восста-

/

ния; Н — нагреватель; Д — детали

новительных газов или их смесей (диффузионная сварка в контролируемой атмосфере). При сварке материалов, имеющих относительно малое сродство к кислороду, процесс можно вести даже на воздухе. В качестве среды для диффузионной сварки могут быть использованы и расплавы солей [4], выпол­ няющие одновременно роль источника тепла.

В практике диффузионной сварки известно применение двух технологиче­ ских схем процесса, различающихся характером приложения нагрузки или на­ пряжения, действующих в течение цикла [6]. В одной из них используют по­ стоянную нагрузку (рис. 10.1, а) по величине ниже предела текучести. При этом процессы, развивающиеся в свариваемых материалах, аналогичны пол­

осуществима наиболее просто, поэтому очень широко распространена [1]. По другой схеме нагрузка и пластическая деформация обеспечиваются

специальным устройством, перемещающимся в процессе сварки с контроли­ руемой скоростью (рис. 10.1,6). Такую технологию называют д и ф ф у з и ­ о н н о й с в а р к о й по с х е м е п р и н у д и т е л ь н о г о д е ф о р м и р о ­

ва н и я (ДСПД-процесс).

10.1.2. Технологические возможности и ограничения

Спомощью диффузионной сварки сравнительно легко могут быть получены соединения большинства конструкционных ма­ териалов: металлов и сплавов на их основе как в однородных,

так и в разнородных сочетаниях, включая материалы с резко различа­

мых случаях не требующие последующей механической обра­ ботки.

При диффузионной сварке по схеме принудительного дефор­ мирования (ДСПД) цикл сварки можно четко ограничить макроупругой стадией I (рис. 10.2) или прекратить в любой мо­ мент стадии пластического деформирования //, а также на стадии выдержки в режиме релаксации напряжений III, Когда приращения пластической деформации практически не проис­ ходит.

Для управления структурой и свойствами сварного соеди­ нения и основного материала при диффузионной сварке срав­ нительно легко могут быть использованы принципы термомеха­ нической обработки, совмещенные с циклом сварки, особенно при сварке с принудительным деформированием, см. [4, 6).

При изготовлении тонкостенных многослойных и простран­ ственных конструкций типа пустотелых панелей решеток, об­ легченных ферм и т. п. процесс сварки может быть совмещен с формообразованием (см. разд. 10.4.3). В серийном производ­ стве простых по форме изделий за один технологический цикл можно соединять одновременно несколько деталей (пакетная сварка). При этом сварочный процесс сравнительно легко авто­ матизируется и в случае применения конвейерных комплектов, работающих на принципе шлюзования, обеспечивается высокая производительность.

Технология может быть использована в производстве полу­ фабрикатов и заготовок для последующей обработки. Напри­ мер, этим методом получают многослойные заготовки для по­ следующей прокатки, а также крупногабаритные заготовки сложной формы путем соединения простых элементов, что при­ водит к существенной экономии материала.