Основные постулаты сварки и обработки чугуна. Дуговая сварка титана в среде инертных газов

К ним относятся:

высокое содержание углерода (чем выше, тем хуже сваривается);
высокая жидкотекучесть;
возможность образования в процессе сварки тугоплавких окислов (их температура плавления гораздо выше температуры плавления самого чугуна);
склонность к появлению трещин (из-за неоднородности металла), пор (из-за выгорания в процессе сварки углерода).

Все это негативно сказывается на свариваемости и чугун справедливо считают материалом, который плохо поддается сварке. Особенно когда сварку производят дома и нет возможности узнать, какой же марки чугун сваривается. Многие судят о свариваемости чугунного изделия по его излому.

Если излом черный или темно-серый, то придется поднатужиться, чтобы восстановить первоначальные его свойства или вообще не заниматься сварочными работами, не имея специальных электродов и не зная тонкостей технологии.

Основные виды сварки

Специалисты используют 2 вида сварки чугуна – холодный способ и горячий. При холодной сварке необходимо применение электродов, специально предназначенных для сварки чугуна.

Можно сваривать чугунные изделия в холодном состоянии (без подогрева) с применением стальных электродов, изготовленных из низкоуглеродистой стали, но это требует больших усилий от сварщика и понимания им процессов, которые происходят в зоне сварки. Обусловлено этой свойствами чугуна. Металл после окончания сварки быстро охлаждается и это приводит к его хрупкости, что может вызвать появление трещин.

Сварка чугуна - технология сварка изделий из чугуна. Чугун является трудносвариваемый металлом. Он сваривается плавящимися или неплавящимися электродами с подогревом или без него. Чугун представляет собой сплав железа с углеродом. Содержание углерода в чугуне - около 2,14%. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижает пластичность и вязкость. Углерод в чугуне содержатся в виде цементита и графита.

Температура плавления чугуна - от 1 150 до 1 200 °C , что на 300 °C ниже, чем у чистого железа. Теплопроводность чугуна ниже, чем у сталей, коэффициент теплового расширения такой же. Электропроводность чугуна зависят от распределения включений графита.

При быстром охлаждении чугуна от температуры более 750°С металла, графит превращается в цементит, при это чугун превращается из серого в белый. Образуется закаленная структура с внутренними напряжениями, приводящими к трещинам.

рудности сварки чугуна обусловлены образованием трещин из-за включений графита; выгоранием углерода и образованием пор в шве; образованием тугоплавких окислов с температурой плавления выше, чем у чугуна; его высокая жидкотекучесть.

Чугун сваривается ручной дуговой сваркой плавящимися (ЦЧ-4) или неплавящимися (вольфрамовый, угольны, графитовый) электродами в подогревом или без него. Сварочные напряжения, возникающие в шве при охлаждении металла снимаются проковкой швов.

При холодной сварке чугуна используются железно-никелевые, медно-железные, железно-медно-никелевые электроды следующих марок:

· медно-железные электроды: ОЗЧ-2 и ОЗЧ-6;

· никелевые и железно-никелевые электроды: ОЗЖН-1, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4;

· железно-медно-никелевые электроды: МНЧ-2.

При горячей сварке металл предварительно подогревается до 500-700°С. Используются чугунные электроды со стержнями марок А и Б - ОМЧ-1 и УЗТМ-74. Электроды должны быть большого диаметра - от 8 до 16 мм.

Для повышения качества шва при сварке чугуна проводится подогрев детали и ее медленное охлаждение после сварки.

Способы сварки чугуна

Сварка чугуна применяется в ремонтных целях и для изготовления сварнолитых конструкций. К сварным соединениям чугунных деталей в зависимости от типа и условий эксплуатации предъявляют требования по механической прочности, плотности (водонепроницаемость, газонепроницаемость) и обрабатываемости режущим инструментом. Обеспечить эти требования при сварке весьма сложно из-за физико-химических особенностей чугуна.

Трудности, возникающие при сварке чугуна, обусловлены, как правило, низкой стойкостью металла сварного соединении против образования трещин плохой его обрабатываемостью на механических станках.

Низкая стойкость основного металла и металла околошовной зоны против образования трещин характерна для чугуна пониженным запасом деформационной способности (пониженная прочность и пластичность).

Указанные особенности чугуна являются следствием нарушения сплошности его металлической основы включениями графита, а также склонностью его к отбелке и закалке даже при небольших скоростях охлаждения. Эти свойства чугуна определяются высоким содержанием углерода в нем.

Соединение чугунных деталей между собой выполняют газовой сваркой, пайкой, термитной сваркой, литейной сваркой, дуговой сваркой и электрошлаковой.

Сварку ведут без подогрева (холодный способ сварки),с местным подогревом и с общим подогревом всего изделия. Для дуговой сварки используют угольные, графитовые, стальные и легированные электроды, а также электроды из цветных металлов. Подготовку мест под сварку выполняют механическим путем или огневым способом. Для удержания расплавленного металла сварочной ванны (чугун жидкотекуч) применяют специальиые формовки. Назначение формовки - удерживать расплавленный металл. Формовочная масса имеет следующий состав: кварцевый песок, замешанный на жидком стекле 40%, формовочная земля 30% и белая глина 30%.

Подготовленная к сварке деталь подвергается общему или местному подогреву до температуры 350 - 450º С. Иногда для особо сложных деталей подогрев производят до температуры 550-600° С.

Сварку выполняют как на переменном, так и на постоянном токе. Величину тока подбирают из расчет 50-90 А на 1 мм диаметра электрода.

Особенности сварки меди

обусловлены ее физическими и химическими свойствами. Медь имеет температуру плавления 1080-1083°С. При температурах 300-500°С она обладает горячеломкостью. Жидкая медь растворяет кислород и водород. С кислородом она образует закись меди Cu 2 O, температура плавления которой на 20° ниже температуры плавления чистой меди.

{\displaystyle {\mathsf {4Cu\ +\ O_{2}\ {\xrightarrow {>200\ ^{\circ }C}}\ 2Cu_{2}O}}}

Наличие закиси приводит к образованию горячих трещин после сварки. Проявление «водородной болезни меди» обусловлено тем, что при химическом соединении водорода с кислородом образуется стремящийся расшириться водяной пар, то, в свою очередь, приводит к трещинам в металле шва.

Медь имеет высокую тепло- и электропроводностью. Теплопроводность меди в 6-7 раз превышающей теплопроводность стали, она имеет также хорошую жидкотекучестью в расплаве.

Удельная электропроводность меди при 20 °C: 55,5-58 МСм/м .

Свариваемость меди максимальна в отсутствии примесей. Примеси свинца, мышьяка и др. затрудняют сварку. При сварке медь не должна загрязняться примесями. Металлы в примеси с медью - хром, марганец, железо и др. способствуют повышению прочности шва.

Особенности сварки[править | править вики-текст]

Сварка меди и сплавов может проводиться газовой сваркой. При ручная дуговой сварке покрытыми электродами возможно загрязнение металла шва легирующими компонентами. Из-за большой теплопроводности меди при дуговой сварке надо применять больший ток.

Поскольку при сварке образуется закись меди, то сварку надо проводить быстро, со скоростью около 0,25 м/мин. Для сварки меди толщиной от 6 мм используют предварительный подогрев заготовок.

Особенности дуговой сварки трубопроводов из меди и медно-никелевого сплава. Основные типы, конструктивные элементы и размеры соединений из меди и медно-никелевого сплава

Особенности сварки алюминия и его сплавов связана с физическими и химическими свойства металла. Алюминий имеет малый удельный вес - 2, 7 г / см3 , высокую электро- и теплопроводность, на его поверхности есть окисная пленка, имеющая высокую температуру плавления 2044°C, температура же плавления самого алюминия - около 660°C. Сплавы алюминия с марганцем, кремнием, магнием и медью обладают большей прочностью, чем сам алюминий.

Тугоплавкая пленка на каплях расплавленного металла, препятствует сплавлению металла, поэтому при сварке необходима защита от воздуха. Такой защитой может быть сварка алюминия в среде с аргоном.

Значительная жидкотекучесть алюминия затрудняет управление сварочной ванной. Для быстрейшего охлаждения металла необходимо использование теплоотводящих подкладок.

Сварочное соединение алюминия и его сплавов склонно к образованию кристаллизационных трещин, что обусловлено растворением в металле водорода. В сплавах алюминия трещины возникают из-за повышенного содержания кремния. Металл обладает большой усадкой, что является причиной деформаций при остывании заготовок.

Значительная теплопроводность алюминия требует применения сварочного тока, превосходящего в несколько раз ток при сварке сталей .

Способы сварки[править | править вики-текст]

Сварка алюминия производится с разрушением оксидной пленки (очистка и обезжиривание) на его поверхности и защитой с помощью инертных газов. Перед сваркой металл подогревают. Подогрев металла проводится до температуры 250-300°С для заготовок средних толщин, и до 400°С - для толстых. Распространены следующие способы сварки:

· сварка вольфрамовым электродом в инертных газах (режим AC TIG);

· сварка полуавтоматами в среде инертных газов и автоматизированной подачей проволоки (режим DC MIG);

· сварка покрытыми плавящимися электродами без использования защитного газа (режим MMA).

Сразу после детали промываются водой, а со шва удаляется шлак.

Разнородная сварка[править | править вики-текст]

Алюминий можно сваривать с другими металлами. Особенности разнородной сварки металлов заключается в различии их температуры плавления, плотности, в коэффициентах линейного расширения. Процесс затруднен свойствами самого алюминия.

Сварка стали с алюминием и его сплавами выполняется аргонодуговой сваркой с вольфрамовым электродом. Перед сваркой кромки металлов очищаются и на них наносятся активирующее покрытие. Наиболее дешевое из них - цинковое. В качестве присадочного материала используется проволока марки АД1 из чистого алюминия с присадкой кремния.

Особенностью сварки алюминия со сталью является расположение сварочной дуги:при сварке встык дуга ведется по кромке алюминиевой детали, а присадка ведется по кромке стальной детали. При этом жидкий алюминий натекает на поверхность стали, покрытой цинком.

Основная трудность сварки титана - это необходимость надежной защиты металла, нагреваемого выше температуры 400 °C, от воздуха, так как на его поверхности под действием воздуха образуется оксидная пленка. Металл обладает высокой химической активностью по отношению к кислороду, азоту и водороду при его нагреве и расплавлении. Водород в небольшом количестве сильно ухудшает свойства титана.

К основным способам сварки титана и его сплавов относятся:

· дуговая сварка в среде инертных газов неплавящимся или плавящимся электродом;

· дуговая сварка титана под флюсом;

· электрошлаковая сварка;

· электронно-лучевая сварка;

· контактная сварка.

Дуговая сварка титана проводится в среде газа аргона или в его смесях с гелием. Сварку производят под местной защитой. Газ проходит через сопло горелки с насадками, увеличивающими зону защиты. С обратной стороны стыка свариваемых деталей устанавливают медные подкладные планки с канавкой, по длине которой равномерно подают аргон. При сложной конструкции деталей сварка проходит с общей защитой в специальных камерах с контролируемой атмосферой. Камеры могут представлять собой камеры-насадки для защиты части свариваемого узла, жесткие камеры из металла или мягкие камеры, сделанные из ткани и имеющими смотровые окна и встроенные рукавицы для рук сварщика. В камеры помещаются свариваемые детали, сварочная оснастка и горелка. Для крупных узлов применяют большие металлические камеры объёмом до 350 куб. м., в них устанавливают сварочные автоматы и манипуляторы. Из камеры откачивается воздух, она наполняются аргоном, через шлюзы в камеры входят сварщики в скафандрах и проводят сварку.

Титановые сплавы из-за высокой химической активности сваривают дуговой сваркой в инертных газах неплавящимся и плавящимся электродом, дуговой сваркой под флюсом, электронным лучом, электрошлаковой и контактной сваркой. Расплавленный титан жидкотекуч, его шов хорошо формируется при всех способах сварки.

Дуговую сварку титановых сплавов выполняют плавящимся электродом (проволока диаметром от 1,2 до 2,0 мм) на постоянном электрическом токе обратной полярности в режимах, обеспечивающих мелкокапельный перенос электродного металла. Защитной средой при этом является смесь - 20 % аргона и 80 % гелия или чистый гелий. При этом увеличивается ширина шва и уменьшается его пористость.

Титановые сплавы можно также сваривать дуговой сваркой под бескислородными фтористыми флюсами сухой грануляции марки АНТ1, АНТЗ для толщины 2,5...8,0 мм и марки АНТ7 для толстого металла. Сварка ведется с использованием электродной проволоки диаметром от 2,0 до 5,0 мм с вылетом электрода на 14 - 22 мм на медной подкладке или на флюсовой подушке. Структура металла сварного шва в результате модифицирующего действия флюса получается более мелкозернистой, чем при сварке титана в инертных газах.

Во многих отраслях нашего многогранного народного хозяйства применяются различные виды чугуна — серый, высокопрочный и ковкий. Используются они в строительных конструкциях, для изготовления ответственных деталей, которые применяются в машино-, авиа-, самолетостроении, железнодорожном транспорте, при изготовлении изделий и деталей сантехники и т.д.

Отличительная особенность этого материала заключается в высоком отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение и его хорошие антифрикционные свойства. Эти качества выделили чугун при изготовлении конструкций и деталей в особую категорию. Как и любые изделия, чугунные, в процессе эксплуатации могут выйти из строя или у них может износиться поверхность. Чаще всего возникает такой дефект, как трещины. И одним из методов восстановления работоспособности изделия являются сварка чугуна и его наплавка. Также с помощью сварки устраняют дефекты при производстве отливок из чугуна.

Чугуном называют сплав, состоящий их железа, углерода и других элементов, которые имеются в его составе или специально вводятся туда для придания ему тех или иных свойств, при этом количество углерода в нем может быть от 2,14 до 6,67%. Свойства чугуна зависят от следующих факторов:

структуры металлической основы;
включений графита – его количества, величины, формы и характера распределения.

Для придания жаростойкости, износостойкости, кислотостойкости и других особых свойств, при производстве чугуна в него вводят специальные добавки – никель, хром, молибден, алюминий, медь, титан и т.д., которые при введении определенного их процента и делают свойства чугуна особыми. Такие чугуны называются легированными.

Основные трудности при сварке чугуна

К ним относятся:

высокое содержание углерода (чем выше, тем хуже сваривается);
высокая жидкотекучесть;
возможность образования в процессе сварки тугоплавких окислов (их температура плавления гораздо выше температуры плавления самого чугуна);
склонность к появлению трещин (из-за неоднородности металла), пор (из-за выгорания в процессе сварки углерода).

Основные виды сварки

Кроме того, между швом и основным металлом образуется отбеленный чугун, а за ним следует закаленный, что может вызвать появление пор, которые являются недопустимыми дефектами.

При сварке холодным способом еще используют электроды, изготовленные из аустенитного чугуна и из цветных металлов.

Электроды изготовляют из прутков круглой формы, выполненных методом литья, марка применяемого чугуна при этом А или Б. Их диаметр лежит в пределах 4 ÷ 12 мм, при этом прутки Ø 4 мм имеют длину 250 мм, Ø 6 мм – 350, остальные имеют длину 450 мм. Прутки из чугуна марки А применяются при проведении газосварочных работ и являются материалом для изготовления стержней электродов, применяемых при сварке чугунных изделий горячим способом. Прутки марки Б помимо сварки чугуна в горячем состоянии, могут применяться для изготовления стержней электродов, которые используются при проведении сварки полугорячим и холодным способами.

Сваривать такими электродами можно только в одном положении — нижнем. Сила тока зависит от Ø электрода и находится в пределах 270 ÷ 650 А.
Из электродов, изготовленных из цветных металлов, при сварке чугуна используют медные электроды, изготовленные из монель-металла и из никелевого чугуна, имеющего аустенитную структуру.

Медные электроды рекомендуется применять для сварки изделий, которые должны иметь плотные швы и работающих при незначительных статических нагрузках. Их изготавливают из стержней меди Ø 3 ÷ 6 мм, обернутых стальной проволокой или лентой, имеющих низкое содержание углерода. На стержень наносят специальное покрытие — меловое или состоящее из сложного состава.

Такого же диаметра и длины изготавливают стержни из монель-металла (медно-никелевые) и никелевого аустенитного чугуна.Сварка может выполняться как на постоянном токе, так и на переменном.

Отбеливание чугуна и появление закалочных структур можно избежать, применив более продуктивный вид сварки – горячую. В зависимости от температуры предварительного подогрева изделия перед сваркой, различают следующие виды горячей сварки:

теплую (не более 200 0С);
полугорячую (нагрев в районе 300 ÷ 400 0С);
горячую (500 ÷ 600 0С).

В любом случае температура предварительного подогрева не должна превышать 650 0С, чтобы избежать структурных превращений в самой структуре чугуна.

(1-деталь, 2-формовка, 3-графитовые пластины)
A - несквозной раковины
B - облицовка графитовыми пластинами
C - недолива кромки

Этапы процесса проведения горячей сварки следующие:

подготовка изделия к сварке;
прогрев до необходимой температуры (в горне, муфельной печи, нагревательном колодце и т.д.);
сборку (с применением струбцин или прихваток) и установку изделия под сварку;
собственно сам процесс сваривания;
охлаждение (медленное).

Все виды горячих способов сварки требуют медленного охлаждения изделия или конструкции после проведения сварочных работ. Это позволит избежать нежелательного отбеливания чугуна, что делает его хрупким. Чаще всего изделие сразу после сварки отправляют в печь и там охлаждают, выключив печь. Иногда такое охлаждение может происходить сутками — зависит от габаритов изделия. В домашних условиях пользуются специальными средствами, которые защитят изделие от быстрого остывания (теплосберегающий материал, например, асбест, шлак, сухой кварцевый песок, древесный уголь).

Сварку осуществляют на постоянном токе обратной полярности. Иногда сварку проводят переменным током, но только в том случае, если длина кабелей от сварочного трансформатора не большая, а напряжение холостого хода более 70 В.

Подготовка к сварке

Место, где будет производиться сварка, должно быть тщательно очищено от загрязнений, масел и других включений. Достигается это с помощью щетки, напильника, наждачной бумаги или болгарки. Масло удаляют с помощью растворителей (бензин, керосин и т.д.) или выжиганием пламенем газовой горелки. В зависимости от толщины свариваемых деталей делают одностороннюю, двухстороннюю, V- и Х-образную разделку кромок (под 90 0).

Разделку обязательно делают при толщине чугунного изделия свыше 20 мм, но иногда разделку кромок выполняют у деталей, толщина которых 4 мм им выше. Концы трещин, при их наличии, обязательно засверливают. Чтобы выявить концы трещин применяют травление слабыми растворами соляной или азотной кислоты (2 ÷ 6%).

В более сложных случаях, когда варят ответственные изделия, тяжелые и громоздкие, к которым предъявляются требования по прочности, используют болты или шпильки, которые ввертывают в подготовленные кромки обязательно в шахматном порядке. При этом диаметр шпилек (болта) не должен превышать 0,4 толщины детали, подвергающейся сварке. Шпильки (болты) должны обязательно вкручиваться так, чтобы выступать над поверхностью детали (не более 1,2 Ø шпильки или болта.) Изделия вкручиваются не только в местах разделки кромок, но и с каждой стороны детали (в один ряд). Между шпильками (болтами) расстояние тоже оговаривается и оно не должно превышать не 6 Ø шпилек.

Сварка чугуна с применением стальных шпилек
A — установка шпилек при V-образной подготовке кромок
B — обварка шпилек

Сварка далее проводится следующим образом. Каждая шпилька обваривается стальным электродом Ø 3 мм кольцевыми швами. Сварка ведется на малых токах и вразброс, во избежание перегрева. Затем вся поверхность все теми же кольцевыми швами покрывается слоем наплавленного металла толщиной, которая не должна превышать толщину чугуна.

Так как чугун обладает высокой жидкотекучестью, то для придания металлу нужной формы производят в некоторых случаях, формовку места сварки. Для этого пользуются графитовыми пластинками, скрепленными специальной формовочной массой, состоящей из кварцевого песка с жидким стеклом. Могут использоваться огнеупоры или другие аналогичные материалы. На производстве это определяется в нормативной документации. Для формовки могут применяться формовочные материалы, которые используются в литейном производстве.

Особенности сварки стальными электродами

Стальные низкоуглеродистые электроды применяются для сварки чугуна в виду их дешевизны и доступности. Ими допускается сваривать изделия неответственных деталей и при небольших дефектах. Но чтобы ими качественно варить, необходимо первый плакирующий слой в разделке выполнять электродами марки ЦЧ-4.

Применяя обычные электроды марки АНО-4, УОНИИ 13/45 и др. марок наиболее часто используемых при сварке электродов, используют еще и медную проволоку. Она наматывается прямо на электрод, при этом ее масса должна превосходить саму массу электрода в 4 ÷ 5 раз или она используется в качестве присадочного прутка.

Технология сварки чугунными электродами

Сейчас свободно можно приобрести специальные электроды по чугуну, выпускаемые различными производителями. В основном они изготовлены на основе железа, никеля, меди и представляют собой стержни из металла, покрытые тонким слоем обмазки. Выпускаются, как правило, по техническим условиям предприятия-изготовителя.

В состав обмазки входит железный порошок. К ним относятся электроды по чугуну марки ЦЧ-4, ОЗЧ-2, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4, ОЗЧ-6, ОЗЖН-1, ОЗЖН-2, МНЧ-2. Диаметр выпускаемых электродов лежит в пределах 2 ÷ 20 мм, а длина их – 300, 350 и 450 мм. Все они имеют отличительную характеристику – с их помощью хорошо формируется сварочный шов. Многие из этих марок допускают соединение деталей внахлестку, встык, а также выполнять угловые соединения.

Величина сварочного тока находится в прямой зависимости от Ø электрода и лежит в пределах 50 ÷ 600 А. Обычно сварочный ток выбирают в районе 50 ÷ 90 А на 1 мм Ø электрода. Сварку ведут небольшими валиками (не более 50 мм) с их последующим охлаждением до температуры 50 0С. В процессе сварки швы в обязательном порядке проковываются молотком, вес которого не должен превышать 1,2 кг. У молотка должен быть боек закругленого типа. И надо помнить следующее, что первый и последний слой в многослойной сварке не подлежат проковке, т.к. это может привести к появлению трещин.

Иногда сварку производят с помощью заплат. Для этого применяют вставки, изготовленные их чугуна или стали. Таким способом обычно заделывают пробоины в чугунной конструкции. Электроды при этом должны быть марки ОЗЧ-6.

Сварка чугуна неплавящимися электродами

Изделия из чугуна можно сваривать неплавящимися электродами (угольным, графитовым, вольфрамовым), но обязательно используя присадочный пруток — стержни или прутки из чугуна, содержащие такие металлы как никель, медь, алюминий и другие.

Зону шва в процессе сварки от вредного воздействия воздуха защищают с помощью флюса (буры) или инертного газа (аргона). Чаще всего используется такой вид сварки как сварка переменным током в среде аргона вольфрамовым электродом с применением никелевых прутков.

Особенности сварки чугуна аргоном

Сварка чугуна полуавтоматами с защитой газами (аргоном) позволяет получить швы высокого качества, особенно когда сварку производят инвертором. Обязательно проводится местный прогрев изделия до температуры не менее 300 0С. В качестве присадочного материала используются прутки, изготовленные из никеля. Иногда пользуются алюминиевобронзовыми прутками, но не для изделий, которые будут впоследствии подвергаться нагреву.

Более производительный вид сварки чугуна с помощью автоматов выполняется с применением порошковых проволок, специально разработанными специалистами для такой сварки. В них содержится полный комплекс специальных модифицирующих элементов. Они вводятся в виде лигатуры, основой которой является кремний. Каждая марка используется для проведения следующих работ:

ПП-АНЧ-1 - заваривания без предварительного подогрева небольших дефектов, при этом в дальнейшем поверхности не подвергаются механической обработке;
ПП-АНЧ-2 - заварки дефектов на изделиях большой толщины с предварительным подогревом и без него;
ПП-АНЧ-3 - заварки дефектов самых различных размеров с предварительным подогревом до высокой температуры (горячая сварка);
ПП-АНЧ-5 – ремонтной сварки изделий из высокопрочного чугуна с предварительным подогревом;
ППСВ-7 – заварки дефектов на отливках.

Газовая сварка чугуна

Применяется только для осуществления ремонтных работ. В качестве присадочного металла используют прутки, изготовленные из латуни. Это позволяет получить сварной шов необходимой плотности. Кроме того, такой шов хорошо поддается механической обработке.

Присадочным металлом служит сварочная проволока марки Св-08 и Св-08А, стержни из чугуна марки А. Непосредственно перед сваркой разделанные кромки детали прогревают, а затем засыпают из флюсом. Выбор наконечника горелки зависит от толщины свариваемых деталей. При толщине до 5 мм необходимо использовать наконечник № 3 или 4, от 5 до 10 мм — № 4 или 5, от 10 до 15 мм – № 5 или 6, а металл толщиной свыше 15 мм сваривают с помощью наконечника № 6 или 7. Расход ацетилена может колебаться от 50 до 75 л/ч на 1 мм толщины детали.

В процессе сварки сварочную ванну постоянно помешивают концом прутка и туда же периодически подсыпают флюс. Флюс может состоять на 100% из буры или быть многокомпонентным (сода, поташ, бура, поваренная соль и борная кислота в различных количествах). Эти же флюсы применяются и при пайке чугуна.

Номер наконечника горелки подбирается в зависимости от расхода ацетилена на 1 мм толщины свариваемой детали (50 ÷ 75 л/ч).

Хоть чугун относится к трудно поддающемуся сварке материалу, однако его ремонтируют повсеместно – на предприятиях, в маленьких мастерских, в домашнем хозяйстве. Главное знать, чем варить и как. Ремонт поврежденных изделий, заварка изделий литейного производства и даже создание литосварных конструкций и изделий из чугуна возможно и в домашних условиях при правильном подходе к решению проблемы. А это правильный выбор оборудования, сварочных материалов и технологии сварки. Тогда качество будет обеспечено.

Защитный газ крайне важно предварительно просушить или добавить к нему 2-5% кислорода. Это обеспечит плотность шва.

Нужно поддерживать самую короткую дугу и добиваться получения шва с низким коэффициентом формы (отношением ширины шва к его толщине). Иначе в металле шва и околошовной зоны появятся горячие (кристаллизационные) трещины.

После сварки металл должен как можно быстрее остыть. Для этого используют медные, охлаждаемые водой, подкладки; промежуточное остывание слоев; охлаждение швов водой. Это повысит коррозионную стойкость сварного соединения

Конструктивные размеры стыковых соединений при сварке высоколегированных сталей

Снимать фаску для получения скоса кромки можно только механическим, способом. Перед сборкой свариваемые кромки защищают от окалины и загрязнений на ширину не менее 20 мм снаружи и изнутри, после чего обезжиривают.

Сборку стыков выполняют либо в инвентарных, приспособлениях, либо с помощью прихваток. При этом крайне важно учесть возможную усадку металла шва в процессе сварки. Ставить прихватки в местах пересечения швов нельзя. К качеству прихваток предъявляются те же требования, что и к основному сварному шву. Прихватки с недопустимыми дефектами (горячие трещины, поры и т.д.) следует удалить механическим способом.

Выбор параметров режима. Основные рекомендации те же, что при сварке углеродистых и низколегированных сталей. Главная особенность сварки высоколегированных сталей - минимизация погонной энергии, вводимой в основной металл. Это достигается соблюдением следующих условий:

Рис.100

короткая сварочная дуга;

отсутствие поперечных колебаний горелки;

максимально допустимая скорость сварки без перерывов и повторного нагрева одного и того же участка;

минимально возможные токовые режимы

Техника сварки. Основное правила поддерживать короткую дугу, поскольку при этом расплавленный металл лучше защищен газом от воздуха. При сварке в аргоне W-электродом подавать присадочную проволоку в зону горения дуги следует равномерно, чтобы не допускать брызг расплавленного металла, которые, попадая на основной металл, могут вызвать очаги коррозии. И начале сварки горелкой подогревают кромки и присадочную проволоку. После образования сварочной ванны выполняют сварку, равномерно перемещая горелку по стыку. Необходимо следить за глубиной проплавления, отсутствием непровара. По форме расплавленного металла сварочной ванны определяют качество проплавления: хорошее (ванна вытянута по направлению сварки) или недостаточное (ванна круглая или овальная)

Контрольные вопросы:

1. Зачем в аргон добавляют 2-5% кислорода?

3. Почему сварка высоколегированных сталей выполняется на минимальной погонной энергии?

Контрольное задание:

1. Вам как сварщику крайне важно подобрать присадочный материал, силу сварочного тока, подготовку кромок для сварки стали 12Х17

Сварка углеродистых сталей имеет ряд особенностей и определенных трудностей, которые обусловлены именно тем, что углерод в них является главным легирующим элементом.

1 Главные особенности сварки углеродистой стали

К углеродистым относят стали с содержанием углерода от 0,1 до 2,07 %. Сплавы, в которых данный элемент содержится в количестве 0,6–2,07 %, называют высокоуглеродистыми, 0,25–0,6 % – среднеуглеродистыми, менее 0,25 % – низкоуглеродистыми. Технология сварки для каждой из этих групп легированных сталей своя. При этом есть и общие рекомендации, коих следует придерживаться, осуществляя сварку изделий из сплавов, включающих в свой состав на правах главного легирующего элемента углерод. О них мы и поговорим.

Стыковые швы, соединяемые полуавтоматами при помощи порошковых проволок и в защитной атмосфере, электродами покрытого вида (вручную), а также с применением газосварки, в большинстве случаев сваривают на весу. Если же используется автоматическое оборудование, необходимо применять такие методики, которые, во-первых, гарантируют достаточный провар корня шва, а во-вторых, исключают вероятность образования прожогов.

Для разных методов сварки имеются собственные стандарты, которые описывают требования к параметрам швов и процессу подготовки кромок соединяемых деталей. Сварные конструкции с целью надежной фиксации между собой компонентов, входящих в них, рекомендовано собирать, используя специальные прихватки либо сборочные приспособления.

Прихватки, как правило, применяют при полуавтоматическом процессе в углекислом газе либо при использовании покрытых электродов для легированных углеродистых сталей. Толщина металла определяет длину указанных прихваток, а площадь их сечения обычно составляет порядка 2,5–3 сантиметров (до трети площади сечения получающегося сварного шва). Желательно производить их накладку с той стороны, которая является обратной по отношению к однопроходному главному шву. В тех случаях, когда речь идет о многопроходных швах, прихватки накладывают с обратной стороны по отношению к самому первому слою.

Перед началом сварки прихватки в обязательном порядке следует скрупулезно зачистить и провести их визуальный осмотр. Если при таком осмотре обнаруживают трещины, их обязательно удаляют. Еще один момент – необходимо добиваться полного переплавления используемых прихваток. В противном случае из-за повышенной скорости отвода тепла на них могут возникать трещины, которые ухудшают свариваемость и делают весь процесс сварки некачественным.

Углеродистых сплавов демонстрирует высокую эффективность при наложении нескольких швов и при сваривании изделий в двух сторон. Многослойная сварка рекомендована для деталей, имеющих большую толщину, а также для конструкций, работающих в ответственных условиях. Если после процесса в швах обнаруживаются подрезы, трещины, поры, непровары и прочие дефекты, следует:

механически удалить металл в "опасном" месте;
выполнить зачистку зоны дефекта;
произвести подваривание зачищенной области.

При использовании электрошлакового способа сварки изделия нужно монтировать с некоторым зазором, который к концу должен иметь небольшое расширение. Фиксация взаимного расположения элементов свариваемой конструкции производится при помощи скоб (дистанция между ними – от 50 до 100 сантиметров). Кроме того, при электрошлаковом процессе и при дуговой автоматической сварке на шве (в начале и в конце) монтируют планки, которые облегчают процедуру и обеспечивают заданные параметры шва.

2 Как выполняется сварка низкоуглеродистых сталей?

Свариваемость таких сталей среди профессионалов считается сравнительно простой, если применять любые способы и типы соединения деталей методом плавления. Конкретная технология сварки при этом назначается с учетом того, что в сварном соединении по окончании процедуры не должно быть никаких значительных дефектов.

Стоит заметить, что при сварке легированных сплавов с низким содержанием углерода основной металл имеет ряд отличий от металла шва:

в металле соединения увеличивается доля кремния и марганца, а вот углерода становится меньше;
наблюдается изменение механических характеристик околошовного металла (электрическая и обычно приводят к несущественному упрочнению материала в перегретой области);
есть вероятность того, что металл около шва снизит показатель своей ударной вязкости (такое наблюдается при сварке нестареющих легированных сплавов);
при многослойном сварочном процессе металл шва способен быстро охрупчиваться.

Все эти отличия не оказывают значительного влияния на качество шва, полученного сваркой плавлением.

Также никаких трудностей не возникает и при газовой сварке сталей, легированных небольшим количеством углерода (до 0,25 %). Причем, как правило, флюс при газовой операции не применяется. При правом методе такой сварки на один миллиметр толщины свариваемого изделия расходуется от 120 до 150 кубических дециметров ацетилена в час, при левом – от 100 до 130. Допускается использовать и более мощное пламя (расход – до 200 кубических дециметров). Но тогда необходимо брать большую по сечению присадочную проволоку.

Отличная свариваемость изделий из низкоуглеродистых легированных сталей отмечается и при использовании покрытых электродов. Оптимальные результаты сварки обеспечивают стержни с рутиловым (Э46Т) и кальциево-фтористорутиловым (Э42А) слоем. Популярностью у профессиональных сварщиков пользуются и сварочные стержни с покрытием, в которое добавлен железный порошок.

Электрошлаковая сварка изделий из низкоуглеродистых сталей ведется с помощью флюсов АН-22, ФЦ-1, АН-8, ФЦ-7, АН-8М. Проволоку при этом подбирают с учетом состава сплава. Так, например, Ст3 сваривают при помощи проволоки Св-08Гс, Св-10Г2, СВ-08ГА, а кипящие марки стали – Св-08А.

3 Тонкости сварки среднеуглеродистых сталей

Свариваемость данных сплавов не так хороша, как низкоуглеродистых легированных сталей, так как в них углерод содержится в больших объемах. Отмечаются следующие трудности при сварке среднеуглеродистых материалов: отсутствие равной прочности основного металла и металла шва; высокий риск формирования больших трещин и закалочных непластичных структур в зоне около сварного шва; малый показатель стойкости против появления кристаллизационных дефектов.

Впрочем, все эти проблемы при сварке среднеуглеродистых сплавов разрешить не так уж и сложно. Можно применять сварочные стержни с повышенным коэффициентом наплавки, наплавочную проволоку и особые электроды для углеродистой стали с малым содержанием в них углерода. В этом случае ручная дуговая сварка проходит без затруднений. Также рекомендуется повышать свариваемость деталей посредством:

реализации раздельного (в несколько ванн) двухдугового сварочного процесса;
изменения структуры металла шва (применение особых режимов разделки кромок, обеспечивающих наименьшую степень проплавления основного металла);
подогрева (как сопутствующего, так и предварительного) соединяемых заготовок.

Электродуговая сварка конструкций из среднеуглеродистых легированных сталей в большинстве случаев осуществляется стержнями УОНИ (13/45 и 13/55). Они имеют особое покрытие (фтористо-кальциевое), гарантирующее увеличение стойкости металла шва к появлению трещин (кристаллизационных) и отличную прочность получаемого сварного шва.

Технология дуговой сварки среднеуглеродистых изделий предусматривает такие особенности:

из-за риска формирования трещин желательно производить заваривание кратеров, а также выполнять продольные перемещения электрода вместо поперечных;
следует накладывать неширокие валики, используя короткую электродугу;
рекомендуется выполнять термическую обработку шва после сварки (особенно, когда он по техническому заданию должен иметь повышенную пластичность).

Газовое соединение легированных среднеуглеродистых сплавов осуществляется незначительно науглероживающим или же стандартным пламенем. При этом используется исключительно левый способ, а мощность пламени варьируется в пределах от 75 до 100 кубических дециметров в час. После сварки можно выполнить термообработку либо проковку металла. Эти операции существенно улучшат свойства стали. Если свариваются детали, чья толщина превышает три миллиметра, технология газовой сварки предусматривает необходимость их подогрева примерно до 650 (местный нагрев) или до 350 (общий нагрев) градусов.

Отдельно скажем о том, что возможна сварка среднеуглеродистых конструкций и в условиях пониженной температуры (-30 и менее градусов). В подобных ситуациях применяется особая сварочная технология, которая требует обязательной термообработки изделий после сварки и постоянного подогрева металла (сначала его нагревают предварительно до указанных выше температур, а затем греют в течение всей операции). При соблюдении изложенных требований качество шва будет безупречным.

4 Возможна ли сварка высокоуглеродистых сплавов?

Высокое содержание углерода в таких сталях делает их непригодными для производства сварных конструкций. Но нередко при проведении ремонтных мероприятий возникает потребность в сварке высокоуглеродистых сплавов. В этих случаях их сваривают методами, которые используются для сталей со средним содержанием углерода. Единственное условие – сваривание высокоуглеродистых изделий не проводится на сквозняках и тогда, когда температура окружающего воздуха составляет менее пяти градусов по Цельсию.

Сварка сталей с большим (до 0,75 процентов) содержанием углерода по газовой методике производится на науглероженном (незначительно) или на нормальном пламени, мощностью не более 90 кубических метров ацетилена в час. При этом металл подогревается до 300 градусов (обязательное условие для получения качественного соединения). Сварка высокоуглеродистых сплавов выполняется левым способом. Это дает возможность снизить время нахождения металла в состоянии расплава и время его перегрева.

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Проблемы при сварке алюминия часто становятся больной темой для неопытных сварщиков. Чтобы в ваших алюминиевых сварных швах не появлялись дефекты, первым делом узнайте, как предотвратить их появление – и примите превентивные меры.

Быстрое и эффективное устранение проблем в ваших сварочных работах может сослужить вам хорошую службу в минимизации простоев и излишних затрат. Однако еще более полезно – узнать, как с самого начала предотвратить эти проблемы, независимо от того, какой материал вы используете при сварке.

Сварка алюминия предполагает решение специфических задач. Обладая низкой температурой плавления и высокой теплопроводностью, алюминий к тому же особо склонен к прожёгу на тонких участках металла, в то время как на толстых участках может наблюдаться непровар. Серьезной проблемой также являются дефекты сварки алюминия, такие как трещины, нагар и копоть, пористость в сварных швах.

Тем не менее, коррозионная стойкость алюминия, высокое отношение предела прочности к весу в сочетании с высокой электропроводностью делают его отличным материалом для многих областей применения – от аэрокосмической промышленности до теплообменников, изготовления прицепов и, в последнее время, автомобильных кузовных панелей и рам.

Во избежание негативных воздействий на производительность и качество сварки, важно понять причины дефектов сварки алюминия, принять меры для их предотвращения и найти способы быстрого устранения оплошностей, если таковые возникают. Вот ответы на некоторые распространенные вопросы, которые помогут вам разрешить проблемы при сварке алюминия, возникающие на производстве.

Проблемы при сварке алюминия - причина появления шовных трещин

Горячее растрескивание и растрескивание под действием напряжения может произойти при автоматической дуговой сварке в среде инертного газа плавящимся электродом (GMAW) и неплавящимся электродом (GTAW). При наличии любого вида трещин, даже маленьких, сварной шов не отвечает требованиям стандартов и, в конечном счете, может разрушиться. Горячее растрескивание – это преимущественно химическое явление, в то время как растрескивание под напряжением – следствие механических нагрузок.

Существует три основных фактора, повышающих вероятность образования горячих трещин при сварке алюминия. Первый фактор – чувствительность основного металла к растрескиванию. К примеру, некоторые сплавы, такие как серия 6000, более склонны к растрескиванию, чем другие. Второй фактор – это присадочный металл, который вы используете. Третьим фактором является конструкция сварного соединения – некоторые конструкции ограничивают добавление присадочного металла.

Растрескивание под действием напряжения может произойти, когда сварной шов на алюминии охлаждается, и во время затвердевания присутствует чрезмерное напряжение усадки. Это может быть связано с вогнутым профилем наплавленного валика, слишком медленной скоростью перемещения электрода, жёстким защемлением свариваемых элементов или оседанием металла в конце сварного шва (кратерная трещина).

Как предотвратить появление трещин?

Проблемы при сварке алюминия в виде горячего растрескивания в некоторых случаях можно легко решить. Для этого достаточно выбрать присадочный металл, химические свойства которого обуславливают более низкую чувствительность к растрескиванию при сварке. Каждый присадочный металл на основе алюминия имеет классификацию по стандарту AWS (Американское общество сварщиков), которая соответствует его регистрационному номеру Ассоциации производителей алюминия, а вместе они определяют химические свойства конкретного сплава.

Всегда обращайтесь к проверенным руководствам по выбору присадочного материала, поскольку не все присадочные материалы на основе алюминия подходят для каждого основного металла из алюминиевого сплава. Некоторые руководства по присадочным материалам дают рекомендации, непосредственно касающиеся ряда сварочных характеристик, таких как склонность к растрескиванию, прочность, пластичность, коррозионная стойкость, высокотемпературная прочность, сочетание оттенков цветов после анодирования, термообработка шва после сварки и ударная вязкость. Если вас беспокоит возможность растрескивания, выберите присадочный материал с самым высоким рейтингом в категории растрескивания.

Помимо этого, используйте такую конструкцию сварного соединения, которая может предотвратить образование горячих трещин. Например, хорошо использовать сварное соединение со скошенными кромками, так как эта конструкция позволяет добавить больше присадочного металла, что приводит к большему разбавлению основного металла и, как следствие, уменьшает его склонность к растрескиванию.

Растрескивание под напряжением можно предотвратить использованием присадочного металла, содержащего кремний. Этот тип присадочного металла снижает усадочные напряжения, когда это возможно, особенно в трещиноопасных зонах, таких как начало и конец сварного шва (или кратеры). Также используйте функцию автоматического заполнения кратера или другие надежные методы заполнения кратера. Увеличение скорости движения электрода также уменьшает вероятность появления трещин в алюминии путем сужения зоны термического влияния (ЗТВ) и снижения количества расплавленного основного металла.

Еще один вариант борьбы с растрескиванием – предварительный подогрев. Он сводит к минимуму уровень остаточных напряжений в основном металле при сварке и после нее. Внимательный контроль количества подводимой теплоты имеет ключевое значение в этом деле. Для некоторых сплавов излишний подогрев может неприемлемо снизить предел прочности на растяжение основного металла.

Как лучше всего избежать прожёга и непровара

Использование импульсной GMAW-сварки – хорошая защита от прожёга алюминия толщиной 1/8 дюйма или тоньше. При этом способе сварки источники питания работают, переключаясь между высоким пиковым током и низким базовым током. В фазе пикового тока от алюминиевой проволоки отрывается капля и движется к сварному соединению, в то время как в фазе низкого базового тока дуга остается стабильной, и перенос металла отсутствует. Сочетание высокого пикового и низкого базового токов снижает подвод теплоты. Таким образом предотвращается прожёг, а образование брызг будет минимальным или нулевым.

Проблемы при сварке алюминия значительной толщины весьма часто возникают из-за слабой силы тока. Поэтому учитывайте такие моменты во время работы. Обязательно установите достаточно высокую силу тока, это поможет полноценно проварить соединение. Хороший практический метод – использовать 250А для сварки материала толщиной 1/4 дюйма и 350А для сварки материала толщиной 1/2 дюйма. В некоторых случаях есть смысл добавить гелий в защитную газовую смесь, чтобы обеспечить более горячую дугу с лучшим проваром шва на более толстых участках. Для процесса GMAW-сварки хорошо использовать смесь 75% гелия с 25% аргона. При GTAW-сварке толстых участков алюминия используйте смесь 25% гелия и 75% аргона, чтобы улучшить провар.

Почему на сварном шве появились цвета побежалости?

Цвета побежалости и сажа появляются, если на основном металле и сварном шве скопились оксиды алюминия или магния. Это явление наиболее распространено при GMAW-сварке, поскольку при прохождении сварочной проволоки через дугу и плавлении некоторая её часть нагревается до температуры парообразования и конденсируется на более холодном основном металле, который недостаточно защищен средой инертного газа.

Выбор подходящего присадочного металла – к примеру, из алюминиевого сплава серии 4000, который практически не содержит магния (по сравнению с 5000 серией алюминиевой присадки, которая содержит около 5% магния) – снижает вероятность того, что материал проволоки испарится в дуге и конденсируется на сварном шве в виде сажи.

Уменьшение расстояния от контактного наконечника до свариваемого изделия (CTWD), правильный угол наклона сварочного пистолета и скорость истечения защитного газа также препятствуют появлению цветов побежалости. Используйте сварку углом назад, которая помогает совершать очищающие движения от дуги в передней части сварного шва с целью удаления сажи. Увеличение размера сопла пистолета для GMAW-сварки или горелки для GTAW-сварки способствует защите дуги от сквозняков, из-за которых в зону сварки может попасть кислород. Всегда держите сопло чистым от брызг, чтобы обеспечить постоянный поток газа для защиты сварочной ванны.

Как устранить пористость?

Пористость – это общая неоднородность, формирующаяся главным образом из-за того, что водород попадает в сварочную ванну во время плавления и остается внутри сварного шва после его затвердения. Вы можете сделать несколько вещей, чтобы её предотвратить. Во-первых, убедитесь, что основной металл и присадочный метал чистые и сухие. Перед сваркой протрите алюминий с помощью растворителя и чистой тряпки, чтобы удалить всю краску, масло, жир либо смазочные материалы, которые могут привести к попаданию углеводородов в сварной шов. Затем почистите сварное соединение щеткой из нержавеющей стали, предназначенной для этой работы. Если основной металл из алюминиевого сплава хранился в прохладном месте, позвольте ему прогреться при температуре цеха в течение 24 часов. Это предотвращает образование конденсата на алюминии.

Хранение неупакованного присадочного металла в обогреваемом шкафу или помещении также снижает риск возникновения пористости. Это позволяет избежать условий точки росы и сводит к минимуму вероятность образования гидроксида на поверхности проволоки для GMAW-сварки или прутков для GTAW-сварки.

Заказывать присадочные металлы следует у проверенных производителей. Это связано с тем, что такие компании, как правило, тщательно очищают проволоку и прутки от вредных оксидов для GTAW-сварки, а также соблюдают все процедуры, необходимые для минимизации водородосодержащих осадочных соединений.

И, наконец, рассмотрите возможность приобретения защитного газа с низкой точкой росы. Такие действия помогут предотвратить пористость шва. Соблюдайте все рекомендованные сварочные процедуры, касающиеся расхода защитного газа и цикла продувки.

Как и для любого метода сварки любых материалов, необходимо выполнить ряд рекомендаций, чтобы получить хороший результат. Механические и химические свойства алюминия таковы, что его сварка может оказаться непростой задачей. Всегда используйте самые эффективные методы очистки и хранения материалов и присадки, тщательно выбирайте правильное оборудование. Ведь проблемы при сварке алюминия всегда легче упредить, чем решать их постфактум.