Указания по сварке цветных металлов

СВАРКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
 

Сварка титана и его сплавов

Из-за высокой химической активности титана и его сплавов для них нельзя применять аргонодуговую сварку с односторонней защитой сварного соединения, если незащищенные участки сварного соединения и обратная сторона шва нагреты выше 500-600 °С. Непременным условием получения качественного соединения при сварке плавлением является не только хорошая защита сварочной ванны, по и полная двусторонняя защита участков сварного соединения, нагретых выше 500 °С, от взаимодействия с воздухом. При сварке трубопроводов и их узлов для защиты наружной стороны стыка (рис.1) рекомендуется использовать специальные насадки и поддувки. Для защиты шва с внутренней стороны применяют приспособления типа камер (рис.2). Приспособления должны иметь кривизну, соответствующую конфигурации трубопровода. Газ скапливается в небольшом объеме в месте сварки, надежно защищая обратную сторону шва от воздуха. В этом случае не требуется заполнять газом всю полость трубы, что при большом объеме работ значительно экономит аргон. При небольшом объеме работ изготовлять такие приспособления экономически невыгодно, поэтому пользуются заглушками, устанавливаемыми с обеих сторон трубы. Газ, выходя в одну из заглушек, вытесняет воздух через клапан в другой. При сварке трубопровода на монтаже заглушки устанавливают последовательно пока не продуют весь трубопровод. В крайнем случае продувают определенную нить трубопровода или целиком весь трубопровод. Объем газа для продувки участка трубопровода, ограниченного заглушками, должен быть в 5 раз больше, чем объем полости. Время продувки для различных объемов определяют экспериментально. Например, для трубопровода диаметром 300 мм с толщиной стенки 8 мм при расходе газа 10, 12, 20 л/мин оно равно соответственно 7,5; 4,5 и 3,5 мин. При сварке толстостенных трубопроводов целесообразно после заварки корневого шва обратную сторону шва защищать водой, наполняя ею трубопровод. При этом сварку необходимо вести на повышенных режимах и следить за тем, чтобы в зоне сварки не было воздушных "мешков".

Рис.1. Приспособление для защиты наружной стороны шва при сварке трубопроводов
1-свариваемый трубопровод; 2 - присадочная проволока; 3-горелка; 1 - козырек; 5 - сетка.

Рис.2. Приспособления для защиты обратной стороны шва

а, б - при приварке фланца к патрубку с наружной стороны; в - то же, с внутренней стороны;
г - при сварке прямых участков трубопроводов и тройников; д - то же, секционных отводов.

При изготовлении листовых конструкций для защиты наружной стороны сварного соединения применяют специальные насадки и колпаки, а обратной стороны - специальные поддувки, которые в процессе сварки передвигает вспомогательный рабочий.

Изделия из титана и его сплавов необходимо сваривать на сборочно-сварочных участках в закрытых помещениях, а в условиях монтажа - в специальных тепляках. Помещения участков должны быть теплыми, сухими и чистыми с температурой не ниже 15 °С. Облицовка пола и стен должна обеспечивать легкое удаление пыли. Помещение должно хорошо освещаться, а каждое рабочее место иметь местное освещение, обеспечивающее возможность определения цветов побежалости на поверхности сварных соединений. Недопустимы сквозняки и местные потоки воздуха, скорость которых превышает 0,5 м/мин. Работу вентиляционных устройств и пневматических ручных машин следует организовать так, чтобы при сварке не нарушалась газовая защита. На сборочно-сварочном участке не допускается выполнять работы, связанные с выделением газа, дыма и пыли (газовая сварка, электродуговая сварка других металлов, зачистка наждачным инструментом и т. п.). Основной объем работ по зачистке конструкций и кромок должен быть сосредоточен на заготовительном участке. Не допускается также проводить работы, связанные с сильными шумами (работа пневматическими ручными машинами, правка и клепка). Все работы по сборке и сварке должны выполняться в условиях, исключающих попадание в зону сварки жировых веществ, влаги. Рабочие должны быть одеты в чистую спецодежду и пользоваться рукавицами светлого цвета, на которых хорошо видно всякое загрязнение.

Перед сборкой поверхность детали у кромок, в местах наложения швов, в околошовной зоне следует обработать наждачным кругом (шабером, напильником) на ширину не менее 20 - 25 мм от границ разделки кромок. На кромках не допускаются трещины, надрывы, забоины, заусенцы и другие дефекты. Непосредственно перед сборкой детали необходимо очистить от загрязнений металлической щеткой и обезжирить стандартными растворителями. Прихватка деталей, не зачищенных и не обезжиренных по кромкам, запрещается. Нельзя прикасаться голыми руками к обезжиренным участкам деталей. После сборки проверяют чистоту обработки кромок, отсутствие на свариваемых поверхностях загрязнений, смещение кромок, величину зазора, качество прихваток.

Для резки титана рекомендуется применять кислородную, воздушно-дуговую и плазменную резку. Кислородную резку следует вести при усиленной вытяжной вентиляции. Торцы деталей после резки обрабатывают механическим способом до полного удаления следов резки. Для этого после кислородной резки снимают минимум 2 мм металла, после воздушно-дуговой резки - 1,5 мм и после плазменной - 1 мм. Присадочную проволоку или прутки перед сваркой следует очистить от окислов мелкозернистой наждачной бумагой, а затем протереть салфеткой, смоченной в растворителе. Протирку выполняют до тех пор, пока па салфетке не будут оставаться следы загрязнений.

До начала сварки и после замены баллона с защитным газом необходимо продуть систему газом в течение 1-2 мин при расходе газа 12-16 л/мин. Сварку рекомендуется начинать и заканчивать на технологических планках и по возможности проводить без перерыва. В случае перерыва, а также по окончании сварки кольцевых швов начало и конец шва следует перекрыть на 30-60 мм. Перекрываемые участки зачищают стальной щеткой до металлического блеска. Детали, подлежащие сварке, после их закрепления в приспособлении прихватывают, шаг прихваток 15-25 мм для металла толщиной до 1 мм, 50-100 мм-для толщин 1-3 мм и 200-300 мм - для толщин более 3 мм. Ручную сварку неплавящимся электродом выполняют "углом вперед" как с присадочным металлом, так и без него. Присадку подают непрерывно под углом 10-20° к изделию без возвратных движений. При сварке титана исключается поперечное колебание электрода. Вылет неплавящегося электрода из насадки горелки не должен превышать 5-7 мм. При сварке труднодоступных участков шва вылет электрода может быть увеличен при условии сохранения хорошей защиты шва. При сварке многослойных швов нужно тщательно очищать каждый валик от окисной пленки, характеризующейся появлением цветов побежалости. После окончания сварки инертный газ подают до полного остывания нагретых участков. При хорошей защите сварной шов имеет серебристый оттенок (металлический блеск). Ухудшение защиты сопровождается появлением цветов побежалости на поверхности шва. Допускаются такие условия сварки, при которых поверхность шва имеет окраску не темнее светло-соломенного цвета, однако после сварки эти участки должны быть зачищены до металлического блеска.

Аргонодуговую сварку обычной дугой ведут на постоянном токе прямой полярности от стандартных источников питания. Металл толщиной до 4 мм сваривают за один проход. При большей толщине применяют многопроходную сварку. Увеличить производительность сварки и глубину проплавления позволяет погружение дуги ниже поверхности свариваемых кромок. Этим способом можно сваривать метал толщиной до 10 мм без разделки кромок и присадочного металла. Для сварки тонколистного металла толщиной менее 2,5 мм рекомендуется импульсная сварка без присадочной проволоки. Разработана плазменная сварка титана толщиной 0,5 - 12,5 мм и многослойная сварка металла толщиной более 12 мм. По сравнению с обычной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом плазменная сварка обеспечивает более высокую производительность и меньшую деформацию свариваемых изделий. Однако в этом случае к качеству сборки предъявляются более жесткие требования.

Для снижения погонной энергии, уменьшения зоны термического влияния, пористости швов и улучшения защиты металла от взаимодействия с воздухом при аргонодуговой сварке применяют фтористые флюсы.

Сварка алюминия и его сплавов

Металлургические особенности сварки алюминия и его сплавов определяются взаимодействием их с газами окружающей среды, интенсивностью испарения легирующих элементов, а также особенностями кристаллизации в условиях сварки. Основным затруднением при сварке является наличие на свариваемых кромках плотной и тугоплавкой окисной пленки, которая препятствует сплавлению металла сварочной ванны с основным металлом. Большая трудность заключается в предотвращении порообразования, источником которого в основном является водород. Кроме того, при нагреве алюминий не меняет цвет, и поэтому трудно улови п. момент начала его плавления. Для этого требуется опыт и навык сварщика.

При сварке плавлением алюминиевых сплавов наиболее рациональным типом сварных соединений являются стыковые. Для устранения окисных включений в металле шва применяют подкладки с канавкой или разделку кромок с обратной стороны шва, что создает условия для удаления окисных включений из стыка в канавку или разделку. Угол разделки кромок следует ограничивать для уменьшения объема наплавленного металла в соединении, а следовательно, и вероятности образования дефектов. При подготовке деталей к сварке со свариваемых кромок удаляют загрязнения и окислы, кромки профилируют. Обезжиривание и удаление загрязнений производят органическими растворителями. Окисную пленку удаляют металлическими щетками или шабрением. После зачистки кромки вновь обезжиривают. Перед сваркой изделий из алюминиевомагниевых сплавов с содержанием магния повышенной концентрации кромки и особенно их торцевые поверхности необходимо зачищать шабером.

Ручная дуговая сварка неплавящимся электродом является лучшим способом для сварки изделий из тонколистового металла, так как обеспечивает минимальную деформацию изделия и высокое качество сварного шва. Сварку ведут на переменном токе с применением осцилляторов. С помощью переменного тока разрушается оксидная пленка, что достигается катодным распылением в моменты, когда катодом является изделие. Ручную сварку можно выполнять во всех пространственных положениях как с присадочным металлом, так и без него. Дуга, длина которой не должна превышать 1,5-2,5 мм, зажигается на вспомогательной графитовой пластинке, а затем переносится на изделие. Расстояние от выступающего конца электрода до нижнего среза наконечника горелки при сварке стыковых соединений должно составлять 1-1,5 мм, при сварке тавровых соединений-4-8 мм. Сварку выполняют без поперечных колебаний. Химический состав присадочной проволоки и основного металла должен быть близким. Рабочее давление аргона устанавливается в пределах 0,01-0,05 МПа. Подача аргона начинается за 3-5 с до возбуждения дуги, а прекращение - спустя 5-7 с после обрыва дуги.

Дуговая сварка покрытыми электродами применяется при изготовлении конструкций из металла толщиной более 3 мм. Недостатком является внутренняя 'пористость сварных швов. При сварке термически упрочняемых сплавов прочность сварных соединений меньше прочности основного металла. Стыковые бесскосные соединения рекомендуются для металла толщиной до 5 мм, при больших толщинах делается разделка под углом 60° и притуплением 1-2 мм. Кромки соединяемых деталей перед сваркой зачищают с помощью ручных или механических проволочных щеток, а затем обезжиривают. Наиболее чистую поверхность кромок получают при химической очистке. Изделие толщиной до 4 мм сваривают без подогрева, толщиной 5-6 мм - с подогревом начала шва до 100°С, толщиной 8- 10 мм-с подогревом до 160-200 °С, при большей толщине подогрев должен быть еще выше. Сварку ведут электродами диаметром 4-8 мм на постоянном токе обратной полярности при быстром их перемещении без поперечных колебаний. Для заплавления кратера в конце сварки дугу следует обрывать постепенно.

Сварка угольным электродом используется при случайных работах небольшого объема и отбортовке тонколистового алюминия. Этот способ сварки позволяет получить плотные швы, практически равнопрочные основному металлу. Изделия под сварку подготовляют, как и под сварку покрытыми электродами. Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности только в нижнем положении. Присадочным материалом служит электродная проволока АО, А1 или прутки из сплава АК. Сварку выполняют без поперечных колебаний при угле наклона электрода 10-20° к вертикали с подформовкой обратной стороны шва. Факел электрической дуги направляют на конец присадочного прутка, а дугу перемещают вдоль разделки в соответствии со скоростью плавления кромок и прутка. Изделия толщиной до 0,8 мм сваривают встык с отбортовкой кромок без присадочной проволоки, толщиной более 0,8 мм - с присадочной проволокой. Стыковые соединения из металла толщиной более 2 мм сваривают с зазором 0,5-0,7 мм или с разделкой кромок. Для удаления окисной пленки применяют специальный флюс, шихта которого замешивается на воде, и в пастообразном состоянии флюс наносят кисточкой на свариваемые кромки непосредственно перед сваркой. Остатки флюса и шлаки сильно разъедают алюминий, поэтому их следует тщательно удалять с поверхности шва и прилегающего к нему основного металла промывкой водой или механическим способом.

Плазменная сварка является перспективным способом сварки для соединения алюминиевых сплавов благодаря высокой скорости, стабильности процесса и значительному сокращению зоны термического влияния. Однако плазменная сварка требует точной сборки деталей и ведения горелки строго по свариваемому стыку. В основном сварку ведут на переменном токе. Для сварки на постоянном токе обратной полярности требуются специальные горелки с усиленным принудительным охлаждением вольфрамового электрода. При микроплазменной сварке можно сваривать алюминиевые сплавы толщиной 0,2-1,5 мм при силе тока 10-100 А с применением лантанированных электродов диаметром 0,8- 1,5 мм.

Газовая сварка выполняется нормальным пламенем. Избыток кислорода и горючего газа не допускается, так как свободный кислород окисляет алюминий, а избыток горючего газа приводит к сильной пористости шва. Мощность пламени горелки выбирается из расчета 75 дм/ч ацетилена на 1 мм толщины свариваемого металла. Сварку ведут восстановительной зоной пламени, расстояние от конца ядра до свариваемой поверхности 3- 5 мм. Основным видом соединений являются стыковые с зазором 0,5-3 мм, что соответствует толщине металла 0,5-5 мм. На толщинах до 5 мм скос кромок не делают, на толщинах до 12 мм применяют V-образную разделку, а свыше 12 мм - Х-образную разделку. После зачистки кромок и присадочной проволоки их промывают в щелочном растворе, а потом в воде. Затем кромки и проволоку травят в течение 2 мин в растворе ортофосфорной или азотной кислоты. После травления их промывают в горячей воде, затем в холодной воде и протирают ветошью. Для облегчения разрушения окисной пленки и удаления окислов из терочной ванны применяют флюсы из щелочных и щелочноземельных элементов, легкоплавких смесей хлористых соединений и небольшого количества фтористых соединений. Их наносят на кромки или нагретую сварочную проволоку в виде порошка или пасты. При выполнении прихваток флюс наносят только на присадочный металл. Сварку ведут левым способом при толщине металла до .5 мм, при толщине металлов более 5 мм - применяют правый способ. В начале сварки мундштук горелки устанавливают под углом 90° к свариваемой поверхности, а затем по мере прогрева деталей под углом 20-45° в зависимости от толщины металла. Угол наклона присадочной проволоки в течение всего процесса составляет 40-60°. Сварку изделий толщиной до 3 мм выполняют без поперечных колебаний горелки, а при больших толщинах - с поперечными колебаниями. Детали толщиной более 10 мм перед сваркой подогревают до 300-350 °С. Сварка должна осуществляться без перерыва, отрыв пламени от сварочной ванны не допускается. Сварку листовых изделий начинают в 50-100 мм от края. Оставленные участки затем заваривают в обратном направлении.

Сварка меди и ее сплавов

Инертная при обычных температурах медь при нагреве вступает в реакцию с кислородом, серой, фосфором. С азотом медь не реагирует, что позволяет его использовать как защитный газ при сварке чистой меди. Газы, образующиеся в результате реакций, в твердой меди не растворяются и нарушают металлическую связь, приводя к образованию трещин, так называемой "водородной болезни". Водород вызывает пористость в металле шва и образование трещин.

Ручная сварка неплавящимся электродом применяется в среде аргона и азота. Наиболее целесообразно использовать азот высокой чистоты, в котором эффективный и термический КПД дугового разряда, глубина проплавления выше, чем при сварке в аргоне или гелии, но устойчивость дугового разряда ниже. Поэтому для сварки тонколистового металла или для сварки в труднодоступных местах рекомендуется аргон, обеспечивающий устойчивость дугового разряда. Дуга зажигается на графитовой пластине, а сварка ведется с максимальной скоростью в один проход на постоянном токе прямой полярности электродом из лантанированного вольфрама. Для уменьшения отвода тепла и нормального формирования шва сварку выполняют на асбестовых или графитовых подкладках с канавками. При сварке меди толщиной более 4 мм рекомендуется подогрев до 300-С. Электрод располагают строго в плоскости стыка под "углом назад" (60-80°). Для аргонодуговой и азотнодуговой сварки применяется присадочный металл различного состава, так как в азоте возможно образование нитридов. Для удаления оксидов рекомендуется использовать флюс, который можно наносить на присадочную проволоку, свариваемые кромки или в канавку подкладки.