книги из ГПНТБ / Технология металлов и конструкционные материалы учебное пособие

дать механической прочностью, плотностью и легко об­ рабатываться режущим инструментом. Сварка чугуна затруднена по причинам: 1) образования цементита при быстром охлаждении шва; 2) поя!влением значительных собственных напряжений в металле шва и околошовной зоне, вызывающих появление трещин, ввиду малой прочности и пластичности чугунов; 3) появлением пор в шве из-за интенсивного газовыделеиия.

Повышенная жидкотекучесть чугунов позволяет сва­ ривать его только в нижнем положении.

Наиболее эффективно предотвращает появление от­ беленных участков металла, трещиц и пористости подог­ рев чугуна и замедленное охлаждение его после сварки. К металлургическим средствам воздействия относят: 1) получение в сварном шве феррито-перлитной струк­ туры, характерной для малоуглеродистой стали; 2) свя­ зывание углерода в дисперсные и более прочные карби­ ды, чем цементит, равномерно распределяющиеся в ме­ талле; 3) окисление избыточного углерода и его «выжи­ гание» при помощи кислородсодержащих компонентов сварочных материалов; 4) получение в сварном шве структуры серого чугуна путем насыщения металла уг­ леродом и другими графитообразующими элементами;

5)получение в сварном шве различных сплавов железа

сцветными металлами, отличающихся высокой пластич­

ностью (медножелезных, медноникелевых, железонике­ левых) .

Применяют горячую (с подогревом до 500—800°С) и холодную (без подогрева) сварку чугуна. В качестве

221

присадочного 'Металла при газовой сварке используют малоуглеродистую проволоку, латунь, чугунные прутки. Для удаления окислов из сварочной ванны применяют флюс, состоящий из 50% буры, 22% углекислого натрия, 28% поташа.

При холодной электродуговой сварке чугуна важным является предупреждение чрезмерного местного перег­ рева металла. С этой целью сварку ведут вразброс, нак­ ладывая короткие участки шва в разных местах завари­ ваемого дефектного участка. Широкое распространение

заварке трещин. Прерывистый шов накладывают в сто­ роне от трещины, далее вторым или третьим швом приб­ лижаются к трещине и заваривают ее. Окончательный «отжигающий шов» кладут для снижения закалочных напряжений и отбела чугуна.

При сварке чугуна используют медные электроды, монель-металл (30% меди, 70% никеля), железо-медные

концентрированного нагрева, при этом значительное теп­ ловое расширение меди приводит к существенным тепло­ вым деформациям и напряжениям. Медь имеет понижен­ ную стойкость к образованию кристаллизационных тре­ щин и пор, что объясняется окислением меди при сварке, наличием в свариваемом металле растворенных газов (кислорода и водорода) и других примесей.

Для улучшения свариваемости меди следует: 1) эф­ фективно защищать зону сварки откислорода и водорода

с помощью флюсов; 2) раскислять жидкий металл раскислителями— фосфором, цинком, марганцем, крем­ нием; 3) применять некоторые технологические приемы для уменьшения вредного действия окисных пленок, нап­ ример проковка сварного соединения (при температуре ниже 200 или выше 600°С) для разрушения сплош­ ности залегания окисных пленок. К основным нежелате­ льным явлениям при сварке латуней относится значи-

222

Рис. 91. Заварка трещины в чугунном кратере методом наложения отжигаю­ щих валиков:

223

тельная 'потеря цинка ■вследствие его испарения и пог­ лощения газов жидким металлом. Испарение цинка свя­ зано с низкой температурой его кипения 906°С (темпе­ ратура плавления 417°С). Потери цинка при газовой сварке достигают 25%, при дуговой 40%• Уменьшение цинка в сварном шве может привести к пористости и понижению прочности, кроме того, выделяющиеся пары ядовиты. При сварке латуни необходимо через приса­ дочный материал уравновесить содержание цинка в шве и основном металле

Свариваемость бронз в значительной степени зависит от их состава. Особые трудности вызывает сварка ли­ тейных оловянистых бронз, в которых при перегреве на границах зерен расплавляется избыточное олово, т. е. снижается прочность, что может привести к разрушению изделия даже под действием собственного веса.

Медь при газовой сварке сваривают горелкой увели­ ченной мощности. Процесс ведут быстро и в один про­ ход. В качестве присадочного металла используют элек­ тролитическую медь. Для меди и ее сплавов используют флюс следующего состава: 60—70% буры, 10—20% бор­ ной кислоты, 20—30% хлористого натрия.

Латунь сваривают окислительным пламенем. В этом случае на поверхности образуется пленка окисла цинка, которая предохраняет цинк от дальнейшего окисления и испарения.

При электродуговой сварке медь и ее сплавы свари­ вают угольными или металлическими электродами. При сварке угольными электродами присадочный металл применяют того же состава, что и основной. Флюс со­ стоит из буры и борной кислоты. Сварку ведут постоян­ ным током прямой полярности и длинной дугой. При сварке металлическим электродом стержни покрывают специальной обмазкой. Сварку необходимо вести без перерыва, быстро и короткой дугой.

Свариваемость алюминия и его сплавов. Основные трудности при сварке алюминия и его сплавов заключа­ ются:

1)в появлении тугоплавкой и плотной окисной плен­ ки, которая препятствует сплавлению частиц металла и трудно удаляется из ванны;

2)в повышенной склонности металла к образованию

пор;

3)в появлении кристаллизационных трещин.

224

Потеря прочности и вязкости алюминия и его спла­ вов при температурах, близких к плавлению, может при­ вести к разрушению металла в зоне нагрева под дейст­ вием собственного веса.

Удаление образовавшихся окислов с поверхности ме­ талла и защита от окисления жидкого металла — одна из важнейших задач при сварке алюминия и его сплавов. Это достигается особыми покрытиями и флюсами. При расплавлении таких покрытий и флюсов создается шлак, в котором происходит растворение окисной плен­ ки и ее химическое связывание.

Для предотвращения пористости следует не до­ пускать попадания влаги в область сварки. Для повы­ шения стойкости алюминия и его сплавов к образова­ нию кристаллизационных трещин необходимо стремить­ ся к получению мелкозернистой структуры шва.

При газовой сварке следует стальным крючком пери­ одически сдвигать пленку окиси алюминия со шва или использовать флюс следующего состава: 28% хлористо­ го натрия, 50% хлористого калия, 8% фтористого нат­ рия, 14% хлористого лития.

При дуговой сварке алюминий и его сплавы сварива­ ют угольными или металлическими электродами. При­ садочный металл и электродный стержень применяют того лее состава, что и основной металл. Флюс и обмазка состоят из хлористого натрия, хлористого калия, хло­ ристого лития, фтористого натрия. При сварке угольным электродом полярность тока выбирают прямую.

Г л а в а X X

КОНТАКТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СВАРКА

Контактная сварка основана на использовании тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока через свариваемые места соединения деталей.

Количество тепла при этом определяют по закону Джоуля — Ленца:

Q = I 2R t Дж (кал),

где / — величина тока, А;

R — сопротивление цепи в местах контакта сварива­ емых деталей, Ом;

t — продолжительность действия тока, с.

Контактная сварка отличается .высокой производи­ тельностью и получила широкое применение в серийном и массовом производстве.

Существует несколько разновидностей контактной сварки: стыковая, точечная, роликовая.

§ 83. Стыковая сварка

Стыковая сварка разделяется на три вида: 1) сварка со­ противлением; 2) сварка непрерывным оплавлением;

3)сварка прерывистым оплавлением.

При сварке сопротивлением ток пропускают, когда

концы детали плотно соприкасаются. Как только концы нагреваются до пластического состояния, ток выключа­ ют и под давлением соединяют свариваемые детали. Та­ кая сварка применяется для соединения деталей из ма­ лоуглеродистой стали и цветных металлов с чистой по­ верхностью.

При сварке непрерывным оплавлением сначала вклю­ чают ток, затем при слабом давлении соединяют свари­ ваемые концы. Образовавшийся на стыке жидкий металл и окислы выдавливаются под действием приложенного внешнего усилия, и стыкуемый металл надежно свари­ вается. Таким образом сваривают тонкостенные трубы, рельсы, цепи, инструмент, разнородные металлы и т. д.

При сварке прерывистым оплавлением чередуют плотное и неплотное сжатие соединяемых частей в про­ цессе сварки. После достижения определенной величи­ ны оплавления концов их резко сжимают.

Поперечное сечение свариваемых деталей при стыко­ вой сварке должно быть одинаковым. Максимальная плотность тока, при которой возможна сварка сталей, составляет 20 А/мм2. Напряжение при сварке сопротив­ лением должно составлять 5—6 В, при сварке оплавле­ нием 12—15 В. Давление от 15 до 50 МН/м2 (от 1,5 до

5\кгс/мм2).

§84. Точечная и роликовая сварка

Точечная сварка представляет собой разновидность кон­ тактной сварки. Здесь металлические изделия сварива­ ются в отдельных точках (рис. 92,а). Изделия, .наложен­ ные друг на друга (внахлестку), сжимаются двумя эле­ ктродами, по иоторым в течение короткого отрезка

226

времени пропускают ток большой силы. Соединяемые

листы в данной точке оплавляются.

При роликовой сварке свариваемый металл сжима­ ется роликовыми электродами, по которым пропускают ток. Металл сваривается по линии перемещения роли­

ков (рис. 92,6).

Рнс. 92. Контактная электрическая сварка:

а — точечная; б — роликовая; /, 2 — свариваемые детали; 5 — электроды; 4 — трансформатор

Г л а в а XXI

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СВАРКИ

§ 85. Автоматическая электродуговая сварка под флюсом

Автоматическая электродуговая сварка под флюсом яв­ ляется высокопроизводительным методом сварки и дает качественный однородный шов. Внедрение автоматичес­ кой сварки под флюсом позволяет механизировать и ав­ томатизировать тяжелый труд еварщика-ручника и изме­ нить технологию ъ ряде отраслей промышленности.

При автоматической сварке под флюсом дуга горит не на открытом воздухе, а под слоем флюса невидимо для глаз сварщика. Эластичная оболочка расплавленно­ го флюса препятствует разбрызгиванию жидкого метал­ ла и надежно защищает его от кислорода и азота возду­ ха. Кроме того, флюс, выполняя роль электродного по­ крытия может легировать металл шва и повышать его механические свойства. Схема сварки под флюсом изо­ бражена на рис. 93.

В качестве электрода в промышленности применя­ ется сварочная проволока марок Св-08, Св-08ГА, Св-15Г диаметром 1,6; 2,0; 3,0 мм и выше.

Флюс для сварки применяют марок АН-348 и ОСЦ-45

и др.

Для автоматической дуговой сварки под флюсом ис­ пользуют сварочные тракторы марки ТС-17М, свароч-

Направление перемещения дуги

ные 'полуавтоматы ПШ-54 и другое оборудование, кото­ рое обеспечивает соответствующую подачу электродной проволоки в место сварки и перемещение ее вдоль шва.

§ 86. Специальные методы сварки

Электрошлаковая сварка. При электрошлаковой сварке для расплавления кромок свариваемых деталей и элект­ родного материала используют тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через расплавленный шлак. Дуга п,ри этом способе сварки отсутстл^т. Элект­ рошлаковая сварка применяется для сварки крупных деталей. Схема процесса электрошлаковой сварки изо­ бражена на рис. 94.

При электрошлаковой сварке расход электроэнергии по сравнению с автоматической сваркой под флюсом снижается в 1,5—2 раза, расход флюса — в 20—30 раз.

228

Сварка трехфазной дугой. Сущность способа заклю­ чается в том, что к двум электродам 1 и 2, закрепленным в специальном электрододержателе (рис. 95), и к сварива­ емому изделию подводится переменный ток от трех фаз источника питания. При сварке горит не одна дуга, а од­ новременно три однофазных: по одной между каждым из

воздействие на основной металл. При этом уменьшается расход электроэнергии на 20—30% и возрастает cos ф установки до 0,7. Металл, наплавленный трехфазной ду­ гой, благодаря медленному охлаждению и хорошему рафинированию имеет высокие механические свойства. Все это дает возможность применять трехфазную дугу при сварке легированных .сталей, чугуна и цветных ме­ таллов.

Сварка в защитных газах. Этот метод заключается в том, что дуга горит .в струе защитного газа, оттесняюще­ го воздух из зоны сварки и защищающего металл от вредного воздействия газов, содержащихся в атмосфе­ ре. В качестве защитного газа могут быть использованы инертные газы: аргон и гелий; активные газы: водород, смесь водорода и азота, углекислый газ и др.

Сварка трением. Сварка трением относится к механи­ ческому способу сварки. Одну из свариваемых деталей

;229

укрепляют неподвижно в суппорте токарного ставка, а другую — в патроне станка. В процессе сварки к враща­ ющейся детали прижимают неподвижную деталь и тру­ щиеся поверхности деталей нагреваются. После дости­ жения пластичного состояния мест соединения станок

останавливают и с усилием прижимают неподвижную1 деталь к подвижной. Детали при этом надежно свари­

ваются.

Сварка ультразвуком. Ультразвук можно использо­ вать как источник энергии, создающий сварные соедине­

ния.

Ультразвук — это волнообразно распространяющееся колебательное движение частиц различных сред (газов, жидкостей, твердых тел), при котором колебания проис­ ходят с частотой более 16000—20000 Гц. Ультразвуковые колебания разрушают окисную пленку и вызывают в ме­ стах контакта пластичное течение металла.

На рис. 96 приведена принципиальная схема маши­ ны для получения точечных соединений ультразвуком. Обмотка 2 мапнитострикциоиного преобразователя пи­ тается током высокой частоты от ультразвукового гене­ ратора. Механические колебания передаются на волно­ вод 3. На конце волновода имеется выступ 4, который служит рабочим инструментом. При сварке изделие 5 зажимается между концом (выступом) волновода и по­ движным прижимом 6, к которому прикладывают уси­ лие, необходимое для создания давления в процессе свар­ ки. Магнитостривдионный преобразователь охлаждается водой, заключенной в корпусе 1. .

Ультразвуком можно сваривать металлы и некоторые пластмассы.

230