Особенности сварки сталей, чугунов, алюминия.

Сварка. Для восстановления поломанных деталей применяют ручную электродуговую сварку постоянным и переменным то­ком (ГОСТ 5264—80, ГОСТ 11534—75). Сварке постоянным током следует отдать предпочтение при восстановлении тол­стостенных деталей. При этом положительный полюс соединя­ют с деталью, а отрицательный — с электродом (прямая поляр­ность), чтобы обеспечить прогрев шва. При сварке тонких де­талей применяют обратную полярность. Для сварки постоян­ным током используют сварочные генераторы от электродви­гателя или однопостовые сварочные агрегаты с двигателями внутреннего сгорания (ГОСТ 2402—82).

Для сварки переменным током пользуются сварочными аг­регатами с однофазным однопостовым трансформатором (ГОСТ 95—77) и регулятором (дросселем). Применяют электрододержатели для ручной электродуговой сварки (ГОСТ 14651—78).

Сварку толстостенных стальных деталей следует проводить с предварительным местным или общим подогревом ДО’ 300-350 °С в нагревательных печах, горнах или в пламени га­зовых горелок.

Основными требованиями при сварке являются правильная подготовка швов, выбор соответствующих электродов н со­блюдение принятой технологии.

Швы под сварку должны быть разделаны рубкой зубила­ми, фрезерованием, строганием и зачищены шлифовкой иод одну из схем, показанных на рис. 5.2.

Электроды и присадочные материалы, применяемые для электродуговой сварки, выбирают в зависимости от марки ста­ли, из которой изготовлена деталь, по ГОСТ 5.1215—72, ГОСТ 9466—75, ГОСТ 9467—75, ГОСТ 10051—75, ГОСТ >10052—75 и др. Диаметр стержня (проволоки) и толщина покрытия элект­рода должны быть соразмерны толщине свариваемого шва. Возможно применение пучка электродов ло два, три и четыре электрода. В табл. 5.7 приведены электроды, рекомендуемые для ручной электродуговой сварки углеродистых и легирован­ных сталей.

Для снятия напряжений, появившихся в результате сварки, детали подвергают термообработке полностью или в зоне свар­ного шва. Режим термообработки зависит от размеров и форм детали и поврежденного участка. Термообработка улучшает структуру металла, снижает напряжения и предупреждает хрупкий излом в сварных,швах.

При сварке деталей из двухслойной стали (например, кор­пусов аппаратов) предпочтительно сначала заваривать основ­ной,металл, а затем — плакирующий; если же двухсторонняя сварка невозможна, устанавливают иную последовательность.

Тонкостенные детали сваривают газовой сваркой с помощью газовых горелок. Однопламенные универсальные горелки при­меняют для кислородно-ацетиленовой сварки, пайки и подогре­ва (ГОСТ 1077—79Е), горелки «звездочка» (ГОСТ 5.1919— 73)—для тех же целей, горелки типа ГТП-1-66 (ГОСТ 5.1498—72) —для сварки термопластичных материалов. ГОСТ 5191—79Е устанавливает типы, основные параметры и общие технические требования к инжекционным резакам для ручной кислородной резки, а ГОСТ 110796—74 —к воздушно-дуговым резакам.

Для понижения давления газа на выходе из баллона или газопровода распределительного коллектора и для автомати­ческого поддержания постоянного заданного рабочего давления выпускают редукторы (ГОСТ 113861—80, ГОСТ 6268—78). Различают баллонные (БКО, БКД, БАО, БАД, ПВО), сетевые (CKO, САО, СПО, СМО), рамповые (РКЗ, РАД, РПД), цент­ральный (ЦКЗ) и универсальные (УКН, УВН) редукторы (где К — кислород, А — ацетилен, П — пропан, М — метан, В — воз­дух, О—одноступенчатый, Д—двухступенчатый, 3 — со спе­циальным задатчиком, Н — с заданием от пневмокамер).

Сварка чугуна. Корпусные детали машин часто отливаются из чугуна. Сварка чугуна затруднительна вследствие большого содержания углерода, низкой пластичности и прочности чугуна, высокой чувствительности к нагреву. Чугунные детали можно сваривать холодным и горячим способами. ₍

Холодная сварка чугуна осуществляется без предварительного подогрева свариваемой детали. В этом случае быстрое охлаждение сварного шва приводит к отбеливанию чугуна и образованию хрупкой прослойки между основным металлом и металлом шва. Из-за различия коэффициентов линейного удлинения серого и белого (отбеленного) чугуна появляются трещины. Несмотря на этот недостаток, холодную сварку чугуна приходится применять для тех корпусных деталей и станин, нагрев которых затрудни­телен. Для исключения отбеливания чугуна используются спе­циальные электроды.

Подготовка чугунной детали к сварке проводится вырубкой, фрезерованием, сверлением до чистого металла. Использование сварочной дуги и сварочных горелок недопустимо! Способы раз­делки показаны на рис. 3.4. Для усиления сварного шва в толсто­стенных деталях на кромках канавок устанавливаются ввертыши

Дуговая сварка выполняется с применением: 1) обычных сталь* ных электродов; 2) медностальных электродов; 3) железонике­ л евых электродов; 4) медноникелевых электродов. Чугунные электроды прихолодной сварке чугуна не используются, так как в сварочном шве при этом образуется цементит и возникают тре­щины. При сварке чугуна стальными электродами металл в зоне сварки закаливается и отбеливается.

Медностальные электроды применяются для холодной сварки в том случае, когда от сварного шва требуются высокие показа­тели прочности, а обрабатываемость наплавленного металла и его отличительный цвет не имеют существенного значения.

Наплавленный металл представляет собой медностальной сплав и содержит 90% меди и 10% стали.

Прочностные показатели сварного соединения на 10—15% ниже, чем у основного металла (ослабление происходит в зоне термического влияния). Наплавленный металл обладает харак­терным красным оттенком. В зоне сплавления имеются преры­вистые отбеленные участки, создающие определенные трудности при механической обработке.

Сварка осуществляется валиками в один или несколько про­ходов. При плавлении медностального электрода и сплавлении его с основным металлом сплав в зоне шва приобретает высокие прочностные показатели, сохраняя при этом присущие меди вязкость и пластичность. Благодаря этому металл шва может пластически деформироваться под воздействием сварочных на­пряжений и противостоять образованию трещин. Медностальные электроды изготавливаются нанесением на медную проволоку слоя специального покрытия, в состав которого входит необхо­димое количество железного порошка. Из таких электродов, вы­пускаемых промышленностью, наиболее известна марка ОВЧ-2.

Медноникелевые электроды, основным представителем которых являются электроды марки МНЧ-2, применяются для холодной дуговой сварки чугуна в тех случаях, когда от сварного шва тре­буется хорошая обрабатываемость и плотность. Наплавленный металл, имеющий медноникелевую основу, легко поддается обра­ботке резанием. Диаметр электродон, выпускаемых для холодной дуговой сварки чугуна, 3—6 мм.

Газовая сварка чугуна осуществляется: 1) чугунным приса­дочным стержнем без расплавления основного металла с при­менением флюса и нагревом свариваемых кромок детали до 700 °С;

латунной присадочной проволокой с применением флюса и нагревом кромок до 700 °С; 3) цинковым припоем с применением флюса и нагревом кромок до 350 °С. Сварка с подогревом кромок свариваемых элементов называется полугорячей.

Горячую сварку чугуна выполняют после предварительного подогрева всей свариваемой детали. Предварительный подогрев снижает напряжение детали и, таким образом, позволяет исклю­чить образование трещин в сварном шве. При горячей сварке чугуна наплавленный слой по механическим показателям прак­тически соответствует металлу детали.

Температура предварительного нагрева определяется раз­мерами детали, толщиной стенок, объемом наплавляемого металла и структурой чугуна. Для большинства деталей нагрев до 400 - 450 °С обеспечивает получение хорошо обрабатываемого сварного соединения и создает условия, исключающие образование тре­щин. При сварке деталей сложной.

формы температура подогрева должна быть доведена до 500—700 °С. Превышать указанную тем­пературу не следует, так как это может вызвать рост зерна металла, потерю механической прочности и снизить дальнейшую работо­способность изделия. Способы нагрева определяются условиями производства. Для изделий небольших размеров и веса удобно использовать печи конвейерного типа; применяют также газовые индукционные и электрические печи. При отсутствии печей нагрев некоторых изделий можно проводить в горнах.

; Для ацетилено-кислородной сварки присадочным материалом служат чугунные прутки.

В качестве флюса применяют техническую безводную буру (Na.₂B₄0₇). Для обезвоживания кристаллическую буру расплав­ляют. После остывания ее растирают в мелкий порошок и перед сваркой наносят на присадочный пруток и свариваемую поверх­ность, нагретую до 400—450 °С. Кроме 100%-ной буры при ацети­лено-кислородной сварке чугуна используются следующие флюсы: 1) смесь буры (5696), углекислого калия (22%) и углекислого натрия (22%); 2) смесь буры (23%), углекислого натрия (27%) и азотнокислого натрия (50%).

Электродуговая горячая сварка чугуна осуществляется чу­гунными электродами с защитным покрытием. Температура предварительного нагрева детали 350—450 °С. Для деталей слож­ной формы температура нагрева должна быть увеличена до 600 °С„

Предварительно в местах сварки формуют ванночки, которые должны надежно удерживать жидкий расплавленный металл. Используются формовочные смеси следующего состава: 40% кварцевого песка, 30% формовочной отработанной смеси, 30% белой глины. При большом объеме наплавляемого металла преду­сматривается армирование ванны проволокой и разбивка шва на отдельные участки, разделенные формовочным металлом или гра­фитовыми вставками. Заформованную деталь сушат до полного удаления влаги, после чего полученная форма проверяется на плотность сцепления с деталью и отсутствие трещин. По оконча­нии горячей сварки деталь охлаждается вместе с печью или на­крывается асбестом для равномерного и медленного остывания.

Сварка алюминиевых сплавов. Такая сварка осуществляется аргонодуговым способом неплавящимся вольфрамовым электро­дом с присадочной проволокой того же состава, что и сваривае­мый материал.

При сварке алюминиевых сплавов образуются тугоплавкие окислы. Температура плавления алюминия 657 °С, а его окисла (А1₂0₃) 2050 ^СС. В сварных соединениях возникают значительные внутренние напряжения вследствие большой усадки алюминия, а также различия коэффициентов линейного расширения струк­турных составляющих сплава. Несмотря на эти трудности при заварке трещин и установке заплат удается получить качественные сварные швы при использовании аргонодуговой сварки неплавя- щимся электродом, электродуговой сварки плавящимся электро­дом или сварки ацетилено-кислородным пламенем газовой го­релки.

Аргонодуговая сварка основана на использовании теплоты электрической дуги, возникающей в среде аргона между непла- вящимся вольфрамовым электродом и деталью. Присадочным материалом служат алюминиевая проволока или стержни из алю­миниевых сплавов. Перед сваркой проводится разделка кромок трещины; засверливание трещины по концам не требуется.

Электродуговая сварка плавящимся электродом осуществ­ляется с использованием в качестве электрода стержней из алю­миниевых сплавов диаметром 4—6 мм с покрытиями, содержа­щими хлористые и фтористые соединения.

При сварке ацетилено-кислородным пламенем газовой го­релки присадочным материалом служат стержни того же состава, что и металл восстанавливаемой детали, или стержни из силу­мина (сплав, содержащий 85,5—88% алюминия, 7—9% меди, 5,0—5,5% кремния). Для защиты наплавленного металла от окисления используются в виде порошка или пасты флюсы, со­держащие хлористые соединения калия, лития, натрия, бария, а также фтористый натрий, плавиковый шпат и криолит.

Газовая сварка применяется при восстановлении повреждений тонкостенных конструкций при толщине стенки не более 3—4 мм.