Таблица 5.5. Параметры сварки чугуна электродами без подогрева

Из­де­лия из ков­ко­го и вы­сокоп­рочно­го чу­гуна ус­пешно сва­рива­ют и нап­лавля­ют в уг­ле­кис­лом га­зе про­воло­ками ди­амет­ром 0,8…1,4 мм Св-08ГС, Св-08Г2С, Нп-30ХГСА и по­рош­ко­выми про­воло­ками без пред­ва­рительно­го по­дог­ре­ва. В слу­чае не­об­хо­димос­ти по­луче­ния ме­тал­ла шва, ко­торый мож­но об­ра­баты­вать ме­хани­чес­ки, ис­пользу­ют про­воло­ки Св-08ГС и Св-08Г2С. Свойства свар­но­го со­еди­нения за­висят от си­лы то­ка, ско­рос­ти свар­ки и тех­ни­ки ее вы­пол­не­ния.

При свар­ке с си­лой то­ка 50…100 А и нап­ря­жени­ем 18…20 В ме­талл шва име­ет фер­ри­топер­ли­тосор­битную струк­ту­ру. Зо­на тер­ми­чес­ко­го вли­яния и сплав­ле­ния име­ет трос­титно-мар­тенсит­ную струк­ту­ру с учас­тка­ми ле­дебу­рита по ли­нии сплав­ле­ния. Тре­щины в зо­не тер­ми­чес­ко­го вли­яния от­сутс­тву­ют. При свар­ке на больших то­ках в шве по­яв­ля­ют­ся мар­тенсит и ле­дебу­рит, а в зо­не тер­ми­чес­ко­го вли­яния — учас­тки от­бе­ла и мик­ротре­щины. При по­выше­нии нап­ря­жения уве­личи­ва­ет­ся до­ля чу­гуна в ме­тал­ле шва и воз­можно об­ра­зова­ние тре­щин.

Для уменьше­ния до­ли ос­новно­го ме­тал­ла в ме­тал­ле шва нап­лавку про­из­во­дят с пе­рек­ры­ти­ем пре­дыду­щего ва­лика на ¹/₃ его ши­рины. Ду­гу при этом нап­равля­ют на ра­нее нап­лавлен­ный ме­талл. Ско­рос­ти свар­ки и нап­лавки вы­бира­ют ис­хо­дя из ус­ло­вия по­луче­ния ми­нимальной до­ли ос­новно­го ме­тал­ла в ме­тал­ле шва и до­пус­ти­мого ра­зог­ре­ва де­тали. В от­дельных слу­ча­ях для по­луче­ния со­еди­нений с ми­нимальным из­ме­нени­ем струк­ту­ры зо­ны тер­ми­чес­ко­го вли­яния свар­ку и нап­лавку про­из­во­дят «кас­ка­дом» или с на­ложе­ни­ем от­жи­га­ющих ва­ликов. При этом ме­талл шва име­ет фер­ри­топер­литную струк­ту­ру без за­мет­ных из­ме­нений в зо­не тер­ми­чес­ко­го вли­яния.

Свар­ка в уг­ле­кис­лом га­зе тон­кой про­воло­кой наш­ла при­мене­ние в ав­то­мобильной и трак­торной про­мыш­леннос­ти при со­еди­нении стальных пат­рубков с чу­гун­ны­ми флан­ца­ми, при вос­ста­нов­ле­нии из­но­шен­ных де­талей (сту­пиц ко­лес, ко­лен­ча­тых ва­лов и др.) из ков­ко­го и вы­сокоп­рочно­го чу­гуна, при свар­ке (при сан­техни­чес­ких ра­ботах) труб из се­рого чу­гуна.

Для хо­лод­ной свар­ки се­рого чу­гуна раз­ра­бота­на по­рош­ко­вая про­воло­ка ППЧ-1, име­ющая сле­ду­ющий сос­тав: 7,0…7,5% С; 4,0…4,5% Si; 0,4…0,8% Мn; 0,4…0,6% Ti; 0,6…0,9% Аl. Дан­ная про­воло­ка с уче­том окис­ле­ния эле­мен­тов и раз­бавле­ния ос­новным ме­тал­лом при свар­ке со сред­ней си­лой то­ка обес­пе­чива­ет по­луче­ние нап­лавлен­но­го ме­тал­ла и зо­ны сплав­ле­ния без от­бе­ла и тре­щин. Ме­хани­чес­кие свойства ме­тал­ла шва близ­ки к ос­новно­му ме­тал­лу. Ис­пользо­вание в ка­чес­тве за­щиты уг­ле­кис­ло­го га­за окис­ли­теля обес­пе­чива­ет ма­лое со­дер­жа­ние в шве во­доро­да и ма­лую склон­ность ме­тал­ла шва к об­ра­зова­нию пор.

 

5.3Сварка алюминия и его сплавов

Алю­мини­евые спла­вы под­разде­ля­ют­ся на две груп­пы: де­фор­ми­ру­емые и ли­тейные. Те­оре­тичес­кой гра­ницей, раз­де­ля­ющей эти спла­вы, слу­жит пре­дел рас­тво­римос­ти эле­мен­тов в твер­дом рас­тво­ре. Де­фор­ми­ру­емые спла­вы име­ют кон­цен­тра­цию ле­гиру­ющих эле­мен­тов меньше пре­дела рас­тво­римос­ти и при наг­ре­ве мо­гут быть пе­реве­дены в од­но­фаз­ное сос­то­яние, при ко­тором обес­пе­чива­ет­ся их вы­сокая де­фор­ма­ци­он­ная спо­соб­ность. Ли­тейные спла­вы ле­жат за пре­дела­ми рас­тво­римос­ти и име­ют в струк­ту­ре эв­текти­ку. На­личие пос­ледней при­да­ет спла­вам хо­рошие ли­тейные свойства (жид­ко­теку­честь, за­пол­ня­емость фор­мы), но ухуд­ша­ет их спо­соб­ность к де­фор­ма­ции.

Большинс­тво эле­мен­тов, вхо­дящих в сос­тав алю­мини­евых спла­вов, об­ла­да­ет ог­ра­ничен­ной рас­тво­римостью, за­вися­щей от из­ме­нений тем­пе­рату­ры. Это со­об­ща­ет спла­вам спо­соб­ность уп­рочняться тер­мо­об­ра­бот­кой. Прин­ци­пи­ально уп­рочне­ни­ем при тер­мо­об­ра­бот­ке дол­жны об­ла­дать все спла­вы, име­ющие кон­цен­тра­цию ле­гиру­ющих эле­мен­тов сверх пре­дела рас­тво­римос­ти при ком­натной тем­пе­рату­ре. В свя­зи с этим спла­вы под­разде­ля­ют­ся на спла­вы, не уп­рочня­емые тер­ми­чес­ки, и спла­вы, уп­рочня­емые тер­ми­чес­ки.

Сре­ди ли­тейных и де­фор­ми­ру­емых уп­рочня­емых спла­вов мо­гут встре­титься спла­вы, име­ющие нез­на­чительный эф­фект уп­рочне­ния. По­это­му на­личие в сос­та­ве спла­ва ле­гиру­ющих эле­мен­тов сверх пре­дела рас­тво­римос­ти при ком­натной тем­пе­рату­ре сле­ду­ет рас­смат­ри­вать как не­об­хо­димое, но не обя­зательное ус­ло­вие спо­соб­ности спла­вов уп­рочняться при тер­мо­об­ра­бот­ке.

В свар­ных конс­трук­ци­ях по­лучи­ли рас­простра­нение де­фор­ми­ру­емые алю­миний (АД, АД1 и др.) и алю­мини­евые спла­вы, не уп­рочня­емые тер­мо­об­ра­бот­кой (АМц, АМг, АМг3, АМг63, АМг6 и др.), а так­же уп­рочня­емые (Д20, М40, Д20, ВАД23, В92А, 1201, 1420 и др.). Ли­тейные спла­вы ис­пользу­ют в свар­ных конс­трук­ци­ях ред­ко.

При свар­ке плав­ле­ни­ем конс­трук­ций из алю­мини­евых спла­вов воз­можны раз­личные ви­ды свар­ных со­еди­нений: сты­ковые, нах­лесточ­ные, тав­ро­вые и уг­ло­вые. На­ибольшее рас­простра­нение по­лучи­ли сты­ковые со­еди­нения. Нах­лесточ­ные, тав­ро­вые и уг­ло­вые со­еди­нения же­лательно вы­пол­нять ар­го­ноду­говой свар­кой.

Руч­ная свар­ка пок­ры­тыми элек­тро­дами. Руч­ную ду­говую свар­ку пок­ры­тыми элек­тро­дами при­меня­ют при тол­щи­не ме­тал­ла бо­лее 4 мм. Свар­ку осу­щест­вля­ют на пос­то­ян­ном то­ке об­ратной по­ляр­ности без по­переч­ных ко­леба­ний. При свар­ке тех­ни­чес­ки чис­то­го алю­миния и спла­вов ти­па АМц ме­тал­ли­чес­кий стер­жень элек­тро­да из­го­тов­ля­ют из про­волок, близ­ких по сос­та­ву к ос­новно­му ме­тал­лу. Для спла­вов ти­па АМг сле­ду­ет при­менять про­воло­ку с по­вышен­ным со­дер­жа­ни­ем маг­ния (1,5…2,0%) в це­лях ком­пенса­ции его уга­ра при свар­ке. Ос­но­ву пок­ры­тия элек­тро­дов сос­тавля­ют кри­олит, хло­рис­тые и фто­рис­тые со­ли нат­рия и ка­лия.

При тол­щи­не ме­тал­ла бо­лее 10 мм не­об­хо­дима V-об­разная раз­делка кро­мок с уг­лом рас­кры­тия 60° и при­туп­ле­ни­ем 1…2 мм. При свар­ке алю­миния тре­бу­ет­ся пред­ва­рительный по­дог­рев ме­тал­ла до тем­пе­рату­ры 100…200°С (осо­бен­но в на­чале шва). Ди­аметр элек­тро­дов — 4…8 мм; си­ла сва­роч­но­го то­ка I _св = (45…55) d (табл. 5.6).

Таблица 5.6. Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки алюминия и его сплавов
Тол­щи­на ме­тал­ла, мм	Ди­аметр элек­тро­да, мм	Си­ла сва­роч­но­го то­ка, А	Нап­ря­жение, В	Ши­рина шва, мм
6	5	280…300	30…34	10
8	6	300…320	30…34	14
10	6…7	320…380	30…34	16
12	8	350…450	32…36	20
14	8	400…450	32…36	22
16	8	400…450	32…36	24
18	8…10	450…500	32…36	26
20	8…10	500…550	32…36	28

Для улуч­ше­ния ме­хани­чес­ких свойств свар­ных со­еди­нений осу­щест­вля­ют про­ков­ку или про­кат­ку ро­лика­ми шва в хо­лод­ном и теп­лом сос­то­янии. При свар­ке тер­ми­чес­ки уп­рочня­емых спла­вов мож­но по­высить проч­ность свар­но­го со­еди­нения до уров­ня ос­новно­го ме­тал­ла пос­ле­ду­ющей (пос­ле свар­ки) тер­мо­об­ра­бот­кой свар­но­го уз­ла (за­кал­ка и ис­кусс­твен­ное ста­рение)

Руч­ная ду­говая свар­ка неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом. При свар­ке неп­ла­вящим­ся вольфра­мовым элек­тро­дом сты­ковых со­еди­нений без раз­делки кро­мок для ис­клю­чения ок­сидных вклю­чений в ме­тал­ле швов не­об­хо­димо при­менять под­клад­ки ра­ци­ональной фор­мы. Для свар­ки при­меня­ют под­клад­ки без ка­нав­ки и под­клад­ки с раз­личной фор­мой ка­нав­ки — пря­мо­угольной и слож­но­го про­филя. При свар­ке на под­клад­ке с ка­нав­кой слож­но­го про­филя тор­цо­вые по­вер­хнос­ти кро­мок при рас­плав­ле­нии лис­тов пол­ностью вы­водят­ся в проп­лав и ве­ро­ят­ность об­ра­зова­ния вклю­чений ок­сидных пле­нок сни­жа­ет­ся.

При свар­ке сты­ковых со­еди­нений в за­виси­мос­ти от тол­щи­ны сва­рива­емо­го ме­тал­ла и при­нято­го ме­тода свар­ки ис­пользу­ют раз­личные ви­ды под­го­тов­ки кро­мок. По­мимо ме­хани­чес­кой об­ра­бот­ки кро­мок сва­рива­емых де­талей для при­дания им ра­ци­ональной фор­мы, об­легча­ющей вы­пол­не­ние со­еди­нений, под­го­тов­ка де­талей к свар­ке вклю­ча­ет в се­бя очис­тку их по­вер­хнос­ти от за­гряз­не­ний и ок­си­дов. Сле­ды мас­ла, крас­ки и дру­гие заг­рязне­ния дол­жны быть уда­лены или со всей по­вер­хнос­ти сва­рива­емых де­талей, или с их кро­мок на оп­ре­делен­ной ши­рине (20…30 мм) вдоль сты­ка. Для час­тично­го или мес­тно­го обез­жи­рива­ния кром­ки про­тира­ют тряп­кой, смо­чен­ной в бен­зи­не, аце­тоне, че­тырех­хло­рис­том уг­ле­роде, у­айт-спи­рите и дру­гих жид­костях, хо­рошо рас­тво­ря­ющих жи­ровые заг­рязне­ния.

Тех­но­логия обез­жи­рива­ния по­вер­хнос­ти де­тали в ван­не ще­лоч­но­го сос­та­ва, ис­пользу­емая на не­кото­рых за­водах, зак­лю­ча­ет­ся в сле­ду­ющем:

§ обез­жи­рива­ние де­талей в те­чение 58 мин в ван­не с ще­лоч­ным рас­тво­ром при тем­пе­рату­ре 65°С (сос­тав рас­тво­ра: 35…50 г Na₃PO₄, 35…50 г Na₂CO₃, 30 г жид­ко­го стек­ла, 1000 мл во­ды);

§ про­мыв­ка в во­де при тем­пе­рату­ре 30°С;

§ про­мыв­ка в про­точ­ной хо­лод­ной во­де с про­тир­кой тряп­кой или во­лося­ной щет­кой;

§ суш­ка.

Пос­ле обез­жи­рива­ния де­тали под­верга­ют спе­ци­альной об­ра­бот­ке для уда­ления по­вер­хностной ок­сидной плен­ки: ме­хани­чес­ким пу­тем — за­чис­ткой по­вер­хнос­ти де­талей наж­дачной бу­магой, ша­бером или про­волоч­ной щет­кой; хи­мичес­ким пу­тем — трав­ле­ни­ем де­талей в спе­ци­альных рас­тво­рах. При мас­со­вом про­из­водс­тве ме­хани­чес­кая за­чис­тка кро­мок не ре­комен­ду­ет­ся в свя­зи с не­дос­та­точ­но вы­сокой про­из­во­дительностью про­цес­са и не­высо­ким ка­чес­твом под­го­тов­ки по­вер­хнос­ти.

Бо­лее про­из­во­дительным и на­деж­ным ме­тодом уда­ления ок­сидной плен­ки сле­ду­ет счи­тать хи­мичес­кое трав­ле­ние де­талей в ван­нах со спе­ци­альным сос­та­вом по сле­ду­ющей тех­но­логии:

§ трав­ле­ние в вод­ном рас­тво­ре NaOH (45…50 г/л) при тем­пе­рату­ре 60…70°С, вре­мя трав­ле­ния — 1…2 мин;

§ про­мыв­ка в го­рячей во­де (60…80°С);

§ про­мыв­ка в про­точ­ной во­де при ком­натной тем­пе­рату­ре;

§ ос­ветле­ние в 30%-ном рас­тво­ре HNO₃ при ком­натной тем­пе­рату­ре в те­чение 1…2 мин;

§ про­мыв­ка в про­точ­ной во­де при ком­натной тем­пе­рату­ре, за­тем в го­рячей во­де (60…80°С);

§ суш­ка сжа­тым воз­ду­хом при тем­пе­рату­ре 80…90°С.

При свар­ке де­талей из спла­вов алю­миния с по­вышен­ной кон­цен­тра­ци­ей маг­ния (нап­ри­мер, сплав АМг6) не­пос­редс­твен­но пе­ред свар­кой кром­ки и осо­бен­но тор­цы де­талей за­чища­ют ша­бером.

Под­го­тов­ка по­вер­хнос­ти про­воло­ки вклю­ча­ет в се­бя сле­ду­ющие ос­новные опе­рации: обез­жи­рива­ние, трав­ле­ние, до­пол­ни­тельная об­ра­бот­ка по­вер­хнос­ти пос­ле трав­ле­ния в це­лях по­выше­ния плот­ности плен­ки и уменьше­ния за­паса име­ющейся в ней вла­ги.

Обез­жи­рива­ние и трав­ле­ние про­воло­ки про­водят по тех­но­логии, при­нятой для обез­жи­рива­ния и трав­ле­ния по­вер­хнос­ти ос­новно­го ме­тал­ла. До­пол­ни­тельная об­ра­бот­ка мо­жет быть раз­личной: ва­ку­ум­ная суш­ка про­воло­ки; ме­хани­чес­кая за­чис­тка по­верх­нос­ти в спе­ци­альном прис­по­соб­ле­нии; хи­мичес­кое или элек­тро­хими­чес­кое по­лиро­вание по­вер­хнос­ти.

Свар­ка неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом с за­щитой ар­го­ном. При свар­ке в сре­де ар­го­на алю­мини­евых спла­вов от­па­да­ет не­об­хо­димость при­мене­ния флю­сов. Это зна­чительно уп­ро­ща­ет про­цесс и де­ла­ет воз­можным свар­ку со­еди­нений, опас­ных в кор­ро­зи­он­ном от­но­шении из-за труд­ности уда­ления ос­татков флю­сов.

Для свар­ки алю­мини­евых спла­вов в сре­де за­щит­ных га­зов при­меня­ют ар­гон пер­во­го сор­та или сме­си ар­го­на с ге­ли­ем. При этом раз­ру­шение ок­сидной плен­ки про­ис­хо­дит в ре­зульта­те ка­тод­но­го рас­пы­ления, в свя­зи с чем свар­ку алю­мини­евых спла­вов в ар­го­не же­лательно вес­ти на пос­то­ян­ном то­ке об­ратной по­ляр­ности. Это воз­можно при ав­то­мати­чес­кой и по­лу­ав­то­мати­чес­кой свар­ке пла­вящим­ся элек­тро­дом.

При свар­ке вольфра­мовым элек­тро­дом вследс­твие большо­го вы­деле­ния теп­ло­ты на ано­де наб­лю­да­ет­ся чрез­мерный пе­рег­рев и по­вышен­ный рас­ход. Для уменьше­ния рас­хо­да вольфра­ма не­об­хо­димо пи­тание ду­ги пе­ремен­ным то­ком. При этом в по­лупе­ри­оды, ког­да ка­тодом яв­ля­ет­ся вольфрам, про­ис­хо­дит его ох­лажде­ние, а в по­лупе­ри­оды, ког­да ка­тодом яв­ля­ет­ся де­таль, про­ис­хо­дит раз­ру­шение и уда­ление ок­сидной плен­ки. При свар­ке на пе­ремен­ном то­ке уда­ет­ся сох­ра­нить дос­та­точ­но вы­сокую стойкость элек­тро­да и до­биться удов­летво­рительно­го раз­ру­шения ок­сидной плен­ки на де­тали.

При свар­ке вольфра­мовым элек­тро­дом и пи­тании ду­ги пе­ремен­ным то­ком ус­ло­вия го­рения ду­ги в по­лупе­ри­оды раз­ной по­ляр­ности от­ли­ча­ют­ся. В по­лупе­ри­од, ког­да вольфрам яв­ля­ет­ся ка­тодом, бла­года­ря мощ­ной тер­мо­элек­трон­ной эмис­сии про­води­мость ду­гово­го про­межут­ка воз­раста­ет, уве­личи­ва­ет­ся ток и сни­жа­ет­ся нап­ря­жение ду­ги.

В по­лупе­ри­од, ког­да ка­тодом ста­новит­ся из­де­лие (хо­лод­ный ка­тод), про­води­мость ду­гово­го про­межут­ка сни­жа­ет­ся, уменьша­ет­ся си­ла то­ка ду­ги и воз­раста­ет нап­ря­жение. В ре­зульта­те это­го си­нусо­ида то­ка ду­ги ока­зыва­ет­ся не­сим­метрич­ной, что рав­но­сильно действию в це­пи ду­ги не­кото­рой пос­то­ян­ной сос­тавля­ющей то­ка.

Бла­года­ря это­му про­цесс ус­пешно ис­пользу­ют при свар­ке ме­тал­ла тол­щи­ной 0,8…3,0 мм.

При­мене­ние им­пульсной ду­ги для свар­ки алю­мини­евых спла­вов рас­ши­рило воз­можнос­ти свар­ки неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом. При свар­ке им­пульсной ду­гой на пе­ремен­ном то­ке уда­ет­ся сва­ривать алю­мини­евые спла­вы тол­щи­ной бо­лее 0,2 мм. Сты­ковые со­еди­нения ме­тал­ла тол­щи­ной 0,2…1,0 мм сва­рива­ют с при­мене­ни­ем при­садоч­ной про­воло­ки ди­амет­ром 0,6…2,6 мм на стальных под­клад­ках с фор­ми­ру­ющи­ми ка­нав­ка­ми. При свар­ке им­пульсной ду­гой алю­мини­евых спла­вов тол­щи­ной 0,2…1,0 мм ко­роб­ле­ние кро­мок сни­жа­ет­ся на 40…60%.

Для свар­ки ме­тал­ла больших тол­щин ис­пользо­вать обыч­ный про­цесс свар­ки вольфра­мовым элек­тро­дом не­целе­со­об­разно из-за не­об­хо­димос­ти при­мене­ния мно­гос­лойных швов и сни­жения про­из­во­дительнос­ти. Для свар­ки вольфра­мовым элек­тро­дом ме­тал­ла большей тол­щи­ны не­об­хо­димо по­высить стойкость вольфра­мовых элек­тро­дов. Вольфра­мовые элек­тро­ды мар­ки ВИ с до­бав­ка­ми ит­трия от­ли­ча­ют­ся по­вышен­ной стойкостью. До­пус­ти­мый сва­роч­ный ток для элек­тро­дов этой мар­ки ди­амет­ром 10 мм дос­ти­га­ет 800…1000 А. С по­яв­ле­ни­ем этих элек­тро­дов от­кры­лась воз­можность сва­ривать за один про­ход вы­соко­ам­перной ду­гой ме­талл тол­щи­ной до 20 мм.

При свар­ке вольфра­мовым элек­тро­дом неп­ре­рыв­но го­рящей ду­гой не уда­ет­ся по­лучить ка­чес­твен­ных со­еди­нений из ме­тал­ла тол­щи­ной ме­нее 0,8 мм. Это объяс­ня­ет­ся тем, что сни­жение то­ка до ве­личи­ны ме­нее 10 А при­водит к на­руше­нию ус­тойчи­вос­ти го­рения ду­ги. Из-за блуж­да­ния ду­ги воз­ни­ка­ет не­об­хо­димость свар­ки при ко­рот­ком ду­говом про­межут­ке, бла­года­ря че­му очень час­то наб­лю­да­ют­ся ко­рот­кие за­мыка­ния элек­тро­да на де­таль.

Свар­ка пла­вящим­ся элек­тро­дом. Дан­ный спо­соб при­меня­ет­ся для свар­ки алю­миния и его спла­вов тол­щи­ной бо­лее 4 мм. На­деж­ное раз­ру­шение плен­ки ок­си­дов при та­ком спо­собе ав­то­мати­чес­кой и по­лу­ав­то­мати­чес­кой свар­ки в ар­го­не, ге­лии или сме­си этих га­зов дос­ти­га­ет­ся лишь при пи­тании ду­ги пос­то­ян­ным то­ком об­ратной по­ляр­ности. Ме­ханизм уда­ления ок­сидной плен­ки в этом слу­чае зак­лю­ча­ет­ся в раз­ру­шении и рас­пы­лении ее тя­желы­ми по­ложи­тельны­ми и­она­ми, бом­барди­ру­ющи­ми ка­тод (ис­пользу­ет­ся так на­зыва­емый эф­фект ка­тод­но­го рас­пы­ления). Не­дос­та­ток спо­соба свар­ки алю­миния пла­вящим­ся элек­тро­дом — не­кото­рое сни­жение (по срав­не­нию со свар­кой неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом) по­каза­телей ме­хани­чес­ких свойств. Так, для спла­ва АМг6 сни­жение пре­дела проч­ности мо­жет дос­ти­гать 15%. Уменьше­ние проч­ности шва объяс­ня­ет­ся тем, что элек­трод­ный ме­талл, про­ходя че­рез ду­говой про­межу­ток, пе­рег­ре­ва­ет­ся в большей сте­пени, чем при­садоч­ная про­воло­ка при свар­ке неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом. К пре­иму­щес­твам дан­но­го спо­соба свар­ки от­но­сят­ся хо­рошее пе­реме­шива­ние сва­роч­ной ван­ны и в свя­зи с этим луч­шее очи­щение шва от ок­сидных вклю­чений, а так­же вы­сокая про­из­во­дительность.

Для свар­ки при­меня­ют про­воло­ку ди­амет­ром не ме­нее 1,2…1,5 мм, так как из-за не­дос­та­точ­ной жес­ткос­ти свар­ка алю­мини­евой про­воло­кой меньше­го ди­амет­ра зат­рудне­на. При ис­пользо­вании про­воло­ки ука­зан­ных ди­амет­ров ус­тойчи­вый про­цесс мож­но по­лучить при то­ках не ме­нее 130…140 А, поз­во­ля­ющих сва­ривать за один про­ход ме­талл тол­щи­ной 4…5 мм. При свар­ке в го­ризон­тальном или по­толоч­ном по­ложе­нии сва­роч­ный ток уменьша­ет­ся на 10…15%. Для пи­тания ду­ги ис­пользу­ют ис­точни­ки то­ка с жес­ткой внеш­ней ха­рак­те­рис­ти­кой.

Ра­бочее дав­ле­ние инер­тно­го га­за та­кое же, как и при свар­ке неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом. Ре­комен­ду­ет­ся ус­та­нав­ли­вать рас­сто­яние меж­ду ниж­ним сре­зом на­конеч­ни­ка го­рел­ки и по­вер­хностью де­тали в пре­делах 5…15 мм. Свар­ку пла­вящим­ся элек­тро­дом вы­пол­ня­ют в ар­го­не или сме­си ар­го­на с ге­ли­ем (объем­ное со­дер­жа­ние ге­лия — до 70%). Га­зовая смесь зас­лу­жива­ет пред­почте­ния при свар­ке ме­тал­ла больших тол­щин. При объем­ном со­дер­жа­нии в сме­си 30% Аr и 70% Не за один про­ход мож­но сва­рить ме­талл тол­щи­ной 16 мм, а за два про­хода — тол­щи­ной до 30 мм. При за­щите зо­ны свар­ки га­зовой смесью (35% Аr и 65% Не) по­выша­ет­ся плот­ность ме­тал­ла шва.

Все спо­собы и ре­жимы свар­ки тех­ни­чес­ко­го алю­миния при­год­ны и для тер­ми­чес­ки не­уп­рочня­емых алю­мини­евых спла­вов ти­па АМц и АМг. При свар­ке вы­сокоп­рочных алю­мини­евых спла­вов, осо­бен­но тер­ми­чес­ки уп­рочнен­но­го ос­новно­го ме­тал­ла, в каж­дом кон­крет­ном слу­чае при­ходит­ся изыс­ки­вать пу­ти по­выше­ния стойкос­ти шва и око­лошов­ной зо­ны к об­ра­зова­нию тре­щин и ус­тра­нения дру­гих де­фек­тов (ме­тал­лурги­чес­кие при­емы — вы­бор при­садоч­но­го ме­тал­ла оп­ти­мально­го сос­та­ва в со­чета­нии с тех­но­логи­чес­ки­ми при­ема­ми: под­бор ре­жимов свар­ки, ра­ци­ональный по­рядок вы­пол­не­ния швов, пред­ва­рительный и со­путс­тву­ющий по­дог­ре­вы и др.), а так­же уве­личе­ния ко­эф­фи­ци­ен­та проч­ности свар­ных со­еди­нений. Вве­дение мо­дифи­като­ров (цир­ко­ния, ти­тана, бо­ра) в про­воло­ку поз­во­ля­ет рез­ко по­высить стойкость швов к об­ра­зова­нию крис­талли­заци­он­ных тре­щин. Для ря­да вы­соко­леги­рован­ных спла­вов (нап­ри­мер, сис­тем Аl—Mg и Аl—Сu) хо­рошие ре­зульта­ты дос­ти­га­ют­ся при ис­пользо­вании про­воло­ки с по­нижен­ным со­дер­жа­ни­ем со­путс­тву­ющих при­месей. В ря­де слу­ча­ев удов­летво­рительные свойства швов на вы­сокоп­рочных спла­вах мож­но по­лучить при свар­ке про­воло­кой, от­ли­ча­ющейся по сос­та­ву от ос­новно­го ме­тал­ла (нап­ри­мер, про­воло­ка мар­ки Св-АК5 для спла­вов ти­па АВ, АД31, АД33).

Плаз­менная и мик­роплаз­менная свар­ка. Плаз­менная свар­ка в свя­зи с не­об­хо­димостью раз­ру­шения и уда­ления ок­сидной плен­ки вы­пол­ня­ет­ся сжа­той ду­гой пе­ремен­но­го и пос­то­ян­но­го то­ка об­ратной по­ляр­ности. Она обес­пе­чива­ет ряд тех­но­логи­чес­ких пре­иму­ществ по срав­не­нию с обыч­ной ар­го­ноду­говой свар­кой алю­миния и его спла­вов неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом, поз­во­ля­ет по­высить про­из­во­дительность сва­роч­ных ра­бот на 50…70%, сни­зить рас­ход ар­го­на в 4—6 раз, улуч­шить ка­чес­тво свар­ных со­еди­нений. При плаз­менной свар­ке на пе­ремен­ном то­ке эф­фектив­ный КПД наг­ре­ва по­выша­ет­ся до 65…70% по срав­не­нию с 45…50% при обыч­ной ар­го­ноду­говой свар­ке неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом на пе­ремен­ном то­ке. Из срав­не­ния ре­жимов плаз­менной и ар­го­ноду­говой свар­ки сле­ду­ет, что ми­нимальная по­гон­ная энер­гия со­от­ветс­тву­ет свар­ке сжа­той ду­гой на пос­то­ян­ном то­ке при об­ратной по­ляр­ности. По­это­му дан­ный спо­соб име­ет пре­иму­щес­тва, в пер­вую оче­редь при свар­ке конс­трук­ций из на­гар­то­ван­ных и тер­ми­чес­ки уп­рочнен­ных алю­мини­евых спла­вов. Уменьшая по­гон­ную энер­гию при свар­ке, мож­но сни­зить сум­марный объем нес­плош­ностей в шве вследс­твие тор­мо­жения ре­ак­ции раз­ло­жения ос­татков вла­ги в ок­сидной плен­ке во вре­мя су­щес­тво­вания сва­роч­ной ван­ны.

При плаз­менной свар­ке на пос­то­ян­ном то­ке сни­жа­ет­ся рас­ход при­садоч­ной про­воло­ки до 40%, за­мет­но су­жа­ют­ся швы, мож­но по­лучить удов­летво­рительные ме­хани­чес­кие свойства швов при нет­равлен­ном ос­новном ме­тал­ле. В этом от­но­шении луч­шие ре­зульта­ты да­ет свар­ка про­ника­ющей сжа­той ду­гой. Сжа­тая ду­га про­ника­ет че­рез кра­тер в ван­не на всю тол­щи­ну ос­новно­го ме­тал­ла; при этом осо­бен­но эф­фектив­но про­яв­ля­ет­ся ка­тод­ная очис­тка. Для за­пол­не­ния от­вер­стия под ду­гой в зо­ну свар­ки по­да­ет­ся при­садоч­ная про­воло­ка. Пог­ру­жение сжа­той ду­ги в ме­талл воз­можно при руч­ной свар­ке.

Плаз­менную свар­ку сты­ковых со­еди­нений из алю­мини­евых спла­вов тол­щи­ной до 8 мм вы­пол­ня­ют без раз­делки кро­мок с за­зором до 1,5 мм за один про­ход на стальной под­клад­ке или с двух сто­рон «на ве­су». Для свар­ки на пе­ремен­ном то­ке ис­пользу­ют­ся се­рийные тран­сфор­ма­торы, об­ла­да­ющие тре­бу­емы­ми элек­тро­дина­мичес­ки­ми ха­рак­те­рис­ти­ками. Вто­рич­ные об­мотки вклю­ча­ют пос­ле­дова­тельно, обес­пе­чивая при этом нап­ря­жение без наг­рузки 120 В. Пос­то­ян­ную сос­тавля­ющую уменьша­ют пу­тем вклю­чения в цепь ба­тареи кон­денса­торов или оми­чес­ко­го соп­ро­тив­ле­ния (нап­ри­мер, бал­лас­тно­го ре­ос­та­та ти­па РБ-300). Меж­ду вольфра­мовым элек­тро­дом (ано­дом) и соп­лом (ка­тодом) го­рит вспо­мога­тельная ду­га, ко­торая пи­та­ет­ся вып­рямлен­ным то­ком 20…25 А.

Мик­роплаз­менную свар­ку ус­пешно при­меня­ют для алю­миния и его спла­вов тол­щи­ной 0,2…1,5 мм. Свар­ку вы­пол­ня­ют на пе­ремен­ном то­ке (10…100 А) от спе­ци­али­зиро­ван­ных ис­точни­ков пи­тания. Пи­тание для ма­ло­ам­перной де­жур­ной ду­ги (1,0…5,0 А) по­да­ет­ся от от­дельно­го ис­точни­ка пос­то­ян­но­го то­ка. В ка­чес­тве плаз­мо­об­ра­зу­юще­го га­за ис­пользу­ют ар­гон (рас­ход га­за — 0,25…0,30 л/мин), для за­щиты зо­ны свар­ки — ар­гон и ге­лий. Рас­ход за­щит­но­го га­за (ге­лия) для алю­миния тол­щи­ной 0,2…1,5 мм — не бо­лее 2,5 л/мин. При руч­ной свар­ке ско­рость сос­тавля­ет 12…16 м/ч. Воз­можна свар­ка с при­садоч­ной про­воло­кой ди­амет­ром 0,8…1,5 мм. Со­еди­нения, вы­пол­ненные мик­роплаз­менной свар­кой, прак­ти­чес­ки рав­но­цен­ны ос­новно­му ме­тал­лу — тех­ни­чес­ко­му. При свар­ке алю­мини­евых спла­вов ко­эф­фи­ци­ент проч­ности швов — око­ло 0,9. Для мик­роплаз­менной свар­ки ме­тал­ла ма­лых тол­щин тре­бу­ет­ся пре­цизи­он­ная тех­но­логи­чес­кая ос­нас­тка. Не­об­хо­димо обес­пе­чить плот­ное при­жатие сва­рива­емых кро­мок к под­клад­кам и на­деж­ный теп­ло­от­вод от кро­мок.

При свар­ке сты­ковых швов до­пус­ка­ют­ся за­зоры не бо­лее 15% тол­щи­ны ме­тал­ла и пре­выше­ние од­ной кром­ки над дру­гой не бо­лее чем на 20% тол­щи­ны. Од­ной из важ­ных осо­бен­ностей мик­роплаз­менной свар­ки яв­ля­ет­ся сни­жение де­фор­ма­ции из­де­лий (на 25…30%) по срав­не­нию с обыч­ной ар­го­ноду­говой свар­кой.

 

5.4Сварка магниевых сплавов

Чис­тый маг­ний об­ла­да­ет от­но­сительно не­высо­кой проч­ностью (пре­дел проч­ности — 80…110 МПа) и ма­лой плас­тичностью. При тем­пе­рату­ре вы­ше 300°С плас­тичность маг­ния уве­личи­ва­ет­ся. В ка­чес­тве конс­трук­ци­он­ных ма­тери­алов на­ибольшее при­мене­ние по­лучи­ли спла­вы маг­ния, от­ли­ча­ющи­еся бо­лее вы­сокой проч­ностью.

Плот­ность маг­ния сос­тавля­ет 1,738 г/см³, т. е. поч­ти в 1,5 ра­за меньше плот­ности алю­миния и в 4,5 ра­за меньше плот­ности же­леза. Вследс­твие это­го по­каза­тели свойств мно­гих спла­вов на ос­но­ве маг­ния вы­ше, чем по­каза­тели свойств ста­лей и вы­сокоп­рочных алю­мини­евых спла­вов и да­же не­кото­рых спла­вов на ос­но­ве ти­тана.

На­ибо­лее рас­простра­нен­ные ле­гиру­ющие эле­мен­ты, уп­рочня­ющие маг­ни­евые спла­вы, — алю­миний и цинк, од­на­ко их уп­рочня­ющее действие сох­ра­ня­ет­ся до тем­пе­рату­ры 150… 200°С.

От­ли­чительное свойство маг­ния и его спла­вов — по­вышен­ная чувс­тви­тельность к кор­ро­зии во мно­гих сре­дах. Это объяс­ня­ет­ся тем, что ок­сидная плен­ка на по­вер­хнос­ти маг­ния рых­лая и не об­ла­да­ет та­кими вы­соки­ми за­щит­ны­ми свойства­ми, как, нап­ри­мер, ок­сидная плен­ка на по­вер­хнос­ти алю­миния. На­илуч­ший спо­соб за­щиты от кор­ро­зии из­де­лий из маг­ни­евых спла­вов — на­несе­ние на их по­вер­хность плот­ных ок­сидных пле­нок или спе­ци­альных ла­кок­ра­соч­ных пок­ры­тий. В це­лях уп­лотне­ния ок­сидных пле­нок в сос­тав маг­ни­евых спла­вов час­то вво­дят при­меси бе­рил­лия.

При крис­талли­зации маг­ний скло­нен об­ра­зовы­вать гру­бую круп­нокрис­талли­чес­кую струк­ту­ру. Для из­мельче­ния зер­на и по­выше­ния ме­хани­чес­ких свойств в сос­тав мно­гих маг­ни­евых спла­вов вво­дят мо­дифи­като­ры, нап­ри­мер цир­ко­ний или це­рий.

В за­виси­мос­ти от спо­соб­ности к де­фор­ми­рова­нию маг­ни­евые спла­вы, так же как и алю­мини­евые, под­разде­ля­ют­ся на две ос­новные груп­пы: де­фор­ми­ру­емые и ли­тейные.

По чувс­тви­тельнос­ти к тер­мо­об­ра­бот­ке раз­ли­ча­ют маг­ни­евые спла­вы, тер­ми­чес­ки уп­рочня­емые и не уп­рочня­емые тер­мо­об­ра­бот­кой.

По ос­новным свойствам и об­ластям при­мене­ния маг­ни­евые спла­вы под­разде­ля­ют­ся на три груп­пы: об­ще­го наз­на­чения, вы­сокоп­рочные, жа­роп­рочные.

В за­виси­мос­ти от сис­те­мы ле­гиро­вания раз­ли­ча­ют нес­колько групп де­фор­ми­ру­емых спла­вов:

§ к сис­те­ме Mg—Мn от­но­сит­ся сплав МА-1, со­дер­жа­щий 1,8…2,5% мар­ганца, и сплав МА-8, ле­гиро­ван­ный до­пол­ни­тельно 0,2% це­рия в це­лях из­мельче­ния зер­на и улуч­ше­ния ме­хани­чес­ких свойств. Спла­вы этой сис­те­мы не уп­рочня­ют­ся тер­мо­об­ра­бот­кой и от­но­сительно хо­рошо сва­рива­ют­ся;

§ к сис­те­ме Mg — Al— Zn от­но­сят­ся спла­вы МА-2, МА-2-1, МА-2-1ПЧ, МА-5. Сплав МА-2 со­дер­жит 3…4% Аl, 0,2…0,8% Zn, 0,15…0,5% Мn. Сплав МА-2-1 от­ли­ча­ет­ся большей сте­пенью ле­гиро­вания, луч­шей об­ра­баты­ва­емостью и хо­рошей сва­рива­емостью. Сплав МА-2-1ПЧ из­го­тав­ли­ва­ют из ком­по­нен­тов вы­сокой чис­то­ты; он со­дер­жит меньше при­месей, бо­лее плас­ти­чен и име­ет бо­лее вы­сокую кор­ро­зи­он­ную стойкость. Сплав МА-5 со­дер­жит 7,8…9,2% Аl, ха­рак­те­ризу­ет­ся большей проч­ностью. В свя­зи с ог­ра­ничен­ным со­дер­жа­ни­ем ле­гиру­ющих эле­мен­тов (до 8% Аl) спла­вы этой груп­пы не уп­рочня­ют­ся тер­мо­об­ра­бот­кой;

§ к сис­те­ме Mg—Zn—Zr от­но­сит­ся сплав MA-14. Он со­дер­жит 5 … 6% цин­ка и 0,3… 0,9% цир­ко­ния, от­ли­ча­ет­ся вы­соки­ми по­каза­теля­ми ме­хани­чес­ких свойств бла­года­ря уп­рочня­юще­му действию цин­ка и мо­дифи­циру­юще­му вли­янию цир­ко­ния. Сплав уп­рочня­ет­ся тер­мо­об­ра­бот­кой (ста­рение при 160…170°С в те­чение 24 ч), ха­рак­те­ризу­ет­ся вы­сокой жа­роп­рочностью, но пло­хой сва­рива­емостью.

К ли­тейным от­но­сят­ся спла­вы МЛ-2 (сис­те­ма Mg—Мn), МЛ-3, МЛ-4, МЛ-5, МЛ-6, МЛ7-1 (сис­те­ма Mg—Al—Zn), МЛ-10, МЛ-12 (сис­те­ма Mg—Zn—Zr) и др.

Маг­ний — один из на­ибо­лее ак­тивных по от­но­шению к кис­ло­роду ме­тал­лов. В ре­зульта­те его окис­ле­ния об­ра­зу­ет­ся ок­сид маг­ния MgO, пок­ры­ва­ющий по­вер­хность ме­тал­ла плен­кой. Тем­пе­рату­ра плав­ле­ния ок­си­да маг­ния — 2800°С, плот­ность — 3,65 г/см³. В свя­зи с вы­сокой тем­пе­рату­рой плав­ле­ния ок­сидная плен­ка на по­вер­хнос­ти маг­ни­евых спла­вов, так же как и при свар­ке алю­миния, зат­рудня­ет об­ра­зова­ние об­щей сва­роч­ной ван­ны и по­это­му дол­жна быть раз­ру­шена или уда­лена в про­цес­се свар­ки. Ок­сидная плен­ка на маг­ни­евых спла­вах име­ет пло­хие за­щит­ные свойства и спо­соб­на удер­жи­вать большое ко­личес­тво вла­ги.

По­мимо кис­ло­рода в ат­мосфе­ре, ок­ру­жа­ющей ван­ну, мо­гут при­сутс­тво­вать га­зы СО, СO₂, па­ры во­ды, азот и во­дород. Маг­ний ре­аги­ру­ет со все­ми эти­ми га­зами, об­ра­зуя кар­би­ды, нит­ри­ды и ок­си­ды. При тем­пе­рату­ре 600…700°С и вы­ше маг­ний вза­имо­действу­ет с азо­том, об­ра­зуя нит­рид Mg₃N₂. Нит­ри­ды не только слу­жат оча­гами кор­ро­зии, но и ухуд­ша­ют ме­хани­чес­кие свойства спла­вов.

Во­дород об­ла­да­ет спо­соб­ностью рас­тво­ряться в маг­нии. При тем­пе­рату­ре плав­ле­ния рас­тво­римость во­доро­да в жид­ком маг­нии дос­ти­га­ет при­мер­но 0,5 см³/г и рез­ко уменьша­ет­ся при крис­талли­зации. В свя­зи со сни­жени­ем рас­тво­римос­ти во­доро­да в жид­ком ме­тал­ле при ох­лажде­нии воз­можно вы­деле­ние во­доро­да в ви­де пу­зырьков и об­ра­зова­ние по­рис­тости. При на­личии в спла­вах сильных гид­ро­об­ра­зова­телей, нап­ри­мер цир­ко­ния, кри­тиче­ская кон­цен­тра­ция во­доро­да в жид­ком ме­тал­ле, спо­соб­ная при­вес­ти к по­рис­тости, воз­раста­ет.

При свар­ке в ар­го­не с вы­соким со­дер­жа­ни­ем вла­ги и ар­го­не с до­бав­ка­ми во­доро­да в ме­тал­ле шва об­ра­зу­ет­ся сво­еоб­разная по­рис­тость в ви­де ело­чек в свя­зи с бур­ным вы­деле­ни­ем во­доро­да из жид­ко­го и крис­талли­зу­юще­гося ме­тал­ла, при ко­тором об­ра­зу­ющи­еся пу­зырьки «об­жи­ма­ют­ся» рас­ту­щими с большой ско­ростью ден­дри­тами.

Ос­новная при­чина по­яв­ле­ния пор при свар­ке маг­ни­евых спла­вов — вы­деле­ние во­доро­да, об­ра­зу­юще­гося при раз­ло­жении ос­татков вла­ги, ко­торая со­дер­жится в час­ти­цах ок­сидной плен­ки, об­ра­зовав­шихся при рас­плав­ле­нии ос­новно­го и при­садоч­но­го ме­тал­лов. При та­ком ме­ханиз­ме об­ра­зова­ния пор (ха­рак­терном для спла­ва АМг6) во­дород вы­деля­ет­ся в мо­леку­ляр­ной фор­ме, ми­нуя ста­дию рас­тво­рения. Чис­ло нес­плош­ностей, об­ра­зу­ющих­ся при ох­лажде­нии, за­висит от чис­ла час­тиц ок­сидной плен­ки, об­ра­зовав­шихся в ван­не в про­цес­се свар­ки, и от за­паса име­ющейся вла­ги в ок­сидной плен­ке.

В ка­чес­тве ос­новных ме­тодов пре­дот­вра­щения об­ра­зова­ния по­рис­тости при свар­ке маг­ни­евых спла­вов мо­гут быть ре­комен­до­ваны уменьше­ние час­тиц ок­сидной плен­ки, об­ра­зовав­шихся в ван­не (уменьше­ние пло­щади по­вер­хнос­ти ос­новно­го и при­садоч­но­го ме­тал­лов, учас­тву­ющих в об­ра­зова­нии шва), а так­же при­мене­ние ра­ци­ональной об­ра­бот­ки по­вер­хнос­ти про­воло­ки и кро­мок сва­рива­емых из­де­лий.

При крис­талли­зации чис­то­го маг­ния в ме­тал­ле шва об­ра­зу­ет­ся гру­бая круп­нокрис­талли­чес­кая струк­ту­ра. Эта тен­денция сох­ра­ня­ет­ся и при крис­талли­зации мно­гих спла­вов, в пер­вую оче­редь спла­вов, не со­дер­жа­щих мо­дифи­като­ров.

Большинс­тво эле­мен­тов об­ла­да­ет ог­ра­ничен­ной рас­тво­римостью в маг­нии и об­ра­зу­ет с маг­ни­ем сис­те­мы с эв­текти­кой. При ско­рос­ти ох­лажде­ния 50…100°С/мин воз­ни­ка­ют не­рав­но­вес­ные эв­текти­ки в спла­вах сис­тем Mg—Аl и Mg—Zn. По­яв­ле­ния эв­текти­ки по гра­ницам зе­рен в ви­де тон­ких сплош­ных прос­ло­ек час­то при­водит к об­ра­зова­нию го­рячих тре­щин.

По­выше­ние соп­ро­тив­ля­емос­ти спла­вов об­ра­зова­нию го­рячих тре­щин во мно­гих слу­ча­ях дос­ти­га­ет­ся вве­дени­ем в их сос­тав мо­дифи­като­ров. Важ­ным средс­твом ме­тал­лурги­чес­ко­го воз­действия в це­лях пре­дуп­режде­ния го­рячих тре­щин слу­жит ог­ра­ниче­ние в спла­вах при­месей, спо­соб­ных об­ра­зовы­вать вы­деле­ния ти­па эв­текти­ки.

Большинс­тво маг­ни­евых спла­вов об­ла­да­ет склон­ностью к рос­ту зер­на при наг­ре­ве. При свар­ке маг­ни­евых спла­вов, уп­рочня­емых тер­мо­об­ра­бот­кой, на­ряду с рос­том зер­на в око­лошов­ных зо­нах воз­можны рас­пад твер­до­го рас­тво­ра и оп­лавле­ние гра­ниц зе­рен. Эти про­цес­сы при­водят к су­щес­твен­но­му ра­зуп­рочне­нию ме­тал­ла око­лошов­ной зо­ны (пре­дел проч­ности дос­ти­га­ет 0,7…0,9 пре­дела проч­ности ос­новно­го ме­тал­ла) и иног­да к об­ра­зова­нию тре­щин. Сте­пень ра­зуп­рочне­ния ме­тал­ла в око­лошов­ной зо­не за­висит от при­нято­го тер­ми­чес­ко­го цик­ла свар­ки и сос­та­ва сва­рива­емо­го ме­тал­ла.

В свя­зи с вы­соким ко­эф­фи­ци­ен­том теп­ло­вого рас­ши­рения маг­ни­евых спла­вов при мес­тном наг­ре­ве, ха­рак­терном для свар­ки, в со­еди­нени­ях воз­ни­ка­ют зна­чительные нап­ря­жения, вы­зыва­ющие ко­роб­ле­ние конс­трук­ций. Вследс­твие это­го при свар­ке с жес­тким за­креп­ле­ни­ем со­еди­ня­емых эле­мен­тов воз­можно об­ра­зова­ние тре­щин. Для пре­дуп­режде­ния тре­щин и уменьше­ния ко­роб­ле­ния в не­кото­рых слу­ча­ях ре­комен­ду­ет­ся свар­ка конс­трук­ций с по­дог­ре­вом, а иног­да и пос­ле­ду­ющая их тер­мо­об­ра­бот­ка для сня­тия нап­ря­жений.

В нас­то­ящее вре­мя при­меня­ют­ся в ос­новном ме­тоды ду­говой свар­ки маг­ни­евых спла­вов в сре­де ар­го­на вольфра­мовым элек­тро­дом. Пред­почти­тельное со­еди­нение — сты­ковое. У по­лучен­ных свар­кой нах­лесточ­ных, а иног­да и тав­ро­вых со­еди­нений с не­пол­ным проп­лавле­ни­ем се­чения ос­тавши­еся за­зоры мо­гут стать в дальнейшем оча­гами кор­ро­зии. У нах­лесточ­ных и тав­ро­вых со­еди­нений не­об­хо­димо ис­клю­чить ок­сидные вклю­чения в кор­не­вой час­ти шва. Для сты­ковых со­еди­нений эта за­дача ре­ша­ет­ся прос­то: при­меня­ют свар­ку на под­клад­ках с дос­та­точ­но глу­боки­ми ка­нав­ка­ми, обес­пе­чива­ющи­ми уда­ление ок­сидных вклю­чений в про­плав.

Свар­кой встык без раз­делки кро­мок ре­комен­ду­ет­ся из­го­тав­ли­вать со­еди­нения только за один про­ход при од­носто­рон­ней свар­ке с под­клад­ка­ми, име­ющи­ми ка­нав­ки. По­лучать двух­сто­рон­ней свар­кой сты­ковые со­еди­нения без раз­делки кро­мок не ре­комен­ду­ет­ся из-за опас­ности по­яв­ле­ния в швах большо­го чис­ла ок­сидных вклю­чений.

При свар­ке из­де­лий из ме­тал­ла тол­щи­ной бо­лее 6...10 мм при­меня­ют V-об­разную раз­делку кро­мок, а из ме­тал­ла тол­щи­ной бо­лее 20 мм при на­личии под­хо­да с двух сто­рон — Х-об­разную раз­делку кро­мок. В пос­леднем слу­чае пе­ред вы­пол­не­ни­ем шва с об­ратной сто­роны не­об­хо­дима пред­ва­рительная раз­делка кор­не­вой час­ти пер­во­го шва.

Не­пос­редс­твен­но пе­ред свар­кой по­вер­хность кро­мок сва­рива­емых из­де­лий под­верга­ют спе­ци­альной об­ра­бот­ке для уда­ления ок­сидной или за­щит­ной плен­ки и име­ющих­ся заг­рязне­ний. По­вер­хность кро­мок за­чища­ют ша­бером или стальны­ми щет­ка­ми или об­ра­баты­ва­ют в ван­нах спе­ци­ально­го сос­та­ва.

У из­де­лий больших раз­ме­ров бо­лее удоб­на за­чис­тка ша­бером кро­мок не­пос­редс­твен­но пе­ред свар­кой. Ре­комен­ду­ет­ся так­же за­чис­тка ша­бером кро­мок не­пос­редс­твен­но пе­ред свар­кой из­де­лий, под­верга­ющих­ся хи­мичес­кой об­ра­бот­ке, осо­бен­но пос­ле хра­нения их по ис­те­чении до­пус­ти­мого вре­мени.

По­вер­хность про­воло­ки об­ра­баты­ва­ют по при­веден­ной ра­нее тех­но­логии или в ван­не для трав­ле­ния рас­тво­ром кон­цен­тра­ции 180 г/л СrO₃ при тем­пе­рату­ре 90°С в те­чение 5 мин.

Руч­ную ар­го­ноду­говую свар­ку вы­пол­ня­ют на стальных под­клад­ках с ка­нав­ка­ми для фор­ми­рова­ния проп­ла­ва. Для раз­ру­шения ок­сидной плен­ки ис­пользу­ют пе­ремен­ный ток. Ди­аметр вы­ход­но­го соп­ла для ар­го­на из­ме­ня­ет­ся в за­виси­мос­ти от си­лы сва­роч­но­го то­ка: от 8 мм при си­ле то­ка 50 А до 20 мм при си­ле то­ка бо­лее 400 А.

Руч­ной ар­го­ноду­говой свар­кой встык без раз­делки кро­мок за один про­ход мо­гут быть сва­рены лис­ты тол­щи­ной 2…6 мм при си­ле то­ка 160…175 А. При тол­щи­не сва­рива­емых эле­мен­тов бо­лее 5 мм при ар­го­ноду­говой свар­ке не­об­хо­димы раз­делка и за­пол­не­ние ее за нес­колько про­ходов. Про­цесс мно­гос­лойной свар­ки ус­ложня­ет­ся из-за не­об­хо­димос­ти тща­тельной за­чис­тки по­вер­хнос­ти пре­дыду­щих швов пе­ред на­ложе­ни­ем пос­ле­ду­ющих. При мно­гос­лойной ар­го­ноду­говой свар­ке в ме­тал­ле швов по­яв­ля­ют­ся вклю­чения вольфра­ма и ок­сидных пле­нок.

Ар­го­ноду­говую свар­ку маг­ни­евых спла­вов пла­вящим­ся элек­тро­дом це­лесо­об­разно вы­пол­нять при тол­щи­не ме­тал­ла бо­лее 5…6 мм. Свар­ка про­из­во­дит­ся от ис­точни­ка пос­то­ян­но­го то­ка об­ратной по­ляр­ности. В за­виси­мос­ти от ди­амет­ра про­воло­ки и па­рамет­ров ре­жима свар­ки наб­лю­да­ют­ся раз­личные ти­пы пе­рено­са ме­тал­ла че­рез ду­говой про­межу­ток. Для свар­ки маг­ни­евых спла­вов больших тол­щин луч­шие ре­зульта­ты по­луча­ют­ся на ре­жимах, со­от­ветс­тву­ющих струйно­му пе­рено­су. Лис­ты тол­щи­ной до 5 мм ре­комен­ду­ет­ся сва­ривать встык за один про­ход без раз­делки кро­мок, тол­щи­ной 10…20 мм — с V-об­разной раз­делкой (при­туп­ле­ние — 2…6 мм, угол рас­кры­тия — 50…60°); пли­ты тол­щи­ной бо­лее 20 мм — с Х-об­разной раз­делкой (при­туп­ле­ние — 2…3 мм, угол рас­кры­тия — 60…80°).

Ско­рость плав­ле­ния маг­ни­евой элек­трод­ной про­воло­ки вдвое больше ско­рос­ти плав­ле­ния алю­мини­евой про­воло­ки та­кого же ди­амет­ра при оди­нако­вом сва­роч­ном то­ке, по­это­му свар­ка пла­вящим­ся элек­тро­дом маг­ни­евых спла­вов эф­фектив­нее, чем свар­ка алю­мини­евых спла­вов, осо­бен­но при мно­гоп­ро­ход­ной свар­ке.

Тех­ни­ка свар­ки пла­вящим­ся элек­тро­дом име­ет не­кото­рые осо­бен­ности. Для обес­пе­чения на­деж­ной га­зовой за­щиты не­об­хо­димо, что­бы рас­сто­яния от соп­ла до по­вер­хнос­ти из­де­лия и от то­кове­дуще­го мунд­шту­ка до края соп­ла бы­ли оп­ти­мальны­ми (10…15 и 5…10 мм со­от­ветс­твен­но). При их уве­личе­нии ухуд­ша­ет­ся га­зовая за­щита, уве­личи­ва­ет­ся раз­брыз­ги­вание элек­трод­ной про­воло­ки. Уменьше­ние раз­ме­ров при­водит к пе­рег­ре­ву мунд­шту­ка, за­соре­нию соп­ла брыз­га­ми ме­тал­ла. По­ложе­ние элек­тро­да ока­зыва­ет су­щес­твен­ное вли­яние на фор­ми­рова­ние шва; ось про­воло­ки долж­на на­ходиться под уг­лом 90° к из­де­лию при свар­ке сты­ковых со­еди­нений без раз­делки кро­мок или с не­большой раз­делкой кро­мок. Свар­ку маг­ни­евых спла­вов большой тол­щи­ны с глу­бокой раз­делкой це­лесо­об­разно вы­пол­нять нак­лонны­ми элек­тро­дами — впе­ред под уг­лом 7…15° к вер­ти­кали.

Им­пульсно-ду­говая свар­ка очень пер­спек­тивна для маг­ни­евых спла­вов. Им­пульсно-ду­говую свар­ку пла­вящим­ся элек­тро­дом ре­комен­ду­ет­ся вы­пол­нять в сме­си с объем­ным со­дер­жа­ни­ем 75% Аr, 25% Не. Бла­года­ря та­кому спо­собу свар­ки обес­пе­чива­ют­ся ус­тойчи­вые ре­жимы при уве­личен­ных ди­амет­рах элек­трод­ной про­воло­ки, уменьша­ет­ся по­рис­тость швов, что объяс­ня­ет­ся по­вышен­ной по­гон­ной энер­ги­ей и, как следс­твие, бо­лее дли­тельным су­щес­тво­вани­ем сва­роч­ной ван­ны, а так­же воз­можностью вы­хода га­зов из жид­ко­го ме­тал­ла.

 

5.5Сварка титана и его сплавов

Ти­тан и его спла­вы об­ла­да­ют вы­соким сродс­твом к кис­ло­роду, азо­ту и во­доро­ду. Ин­тенсив­ное окис­ле­ние ти­тана на­чина­ет­ся при наг­ре­ве вы­ше 400°С, а вза­имо­действие с азо­том — при наг­ре­ве вы­ше 600°С. Пог­ло­щение во­доро­да ти­таном в ты­сячи раз больше, чем же­лезом. Эти га­зы, а так­же уг­ле­род сни­жа­ют плас­тичность и по­выша­ют твер­дость ти­тана.

Тех­ни­чес­кий ти­тан и ряд его спла­вов ис­пользу­ют для из­го­тов­ле­ния свар­ных конс­трук­ций. Ос­новным тре­бова­ни­ем при их свар­ке яв­ля­ет­ся пре­дуп­режде­ние по­пада­ния га­зов и уг­ле­рода в зо­ну свар­ки к учас­ткам, наг­ре­ва­емым вы­ше 400°С. Свар­ку ве­дут в ар­го­не мар­ки А и хи­мичес­ки чис­том ге­лии с до­пол­ни­тельной за­щитой шва и ос­новно­го ме­тал­ла. При хо­рошей за­щите шов име­ет се­реб­ристую блес­тя­щую по­вер­хность. На­личие цве­тов по­бежа­лос­ти, се­рые и бу­рые на­леты сви­де­тельству­ют о пло­хой за­щите. Для пре­дуп­режде­ния по­пада­ния га­зов и уг­ле­рода в зо­ну свар­ки не­об­хо­димо тща­тельно очи­щать по­вер­хность сва­рива­емых кро­мок и про­воло­ку. Очис­тку вы­пол­ня­ют ме­хани­чес­ким пу­тем с обез­жи­рива­ни­ем. Сбор­ка со­еди­нений про­из­во­дит­ся ар­го­ноду­говой свар­кой вольфра­мовым элек­тро­дом. Для улуч­ше­ния за­щиты кор­ня шва его под­ва­рива­ют сплош­ным швом.

Ре­жимы свар­ки вы­бира­ют ис­хо­дя из тол­щи­ны ме­тал­ла с уче­том склон­ности спла­ва к рос­ту зер­на и тер­ми­чес­ко­му цик­лу. Для уменьше­ния рос­та зер­на ре­комен­ду­ют­ся ре­жимы с ма­лой по­гон­ной энер­ги­ей и по­вышен­ны­ми ско­рос­тя­ми. Учи­тывая вы­сокое элек­тро­соп­ро­тив­ле­ние ти­тана, свар­ку ве­дут с ма­лыми вы­лета­ми элек­тро­да. При свар­ке на низ­ких ре­жимах воз­мо­жен неп­ро­вар кор­ня шва. Во из­бе­жание это­го ре­комен­ду­ют ко­рень шва вы­пол­нять ар­го­ноду­говой свар­кой вольфра­мовым элек­тро­дом, а ос­тальное се­чение шва — свар­кой пла­вящим­ся элек­тро­дом.

При свар­ке в ар­го­не на больших то­ках вследс­твие низ­кой теп­лопро­вод­ности ти­тана и мощ­но­го по­тока па­ров, ис­те­ка­ющих с ти­тано­вого элек­тро­да, наб­лю­да­ют­ся уз­кое глу­бокое проп­лавле­ние и по­ры в кор­не шва. Для рас­ши­рения проп­лавле­ния и ис­клю­чения пор свар­ку ре­комен­ду­ют вы­пол­нять в ге­лии и сме­си ге­лия с ар­го­ном (20% Ar). В тех слу­ча­ях, ког­да к раз­ме­ру и фор­ме шва предъяв­ля­ют по­вышен­ные тре­бова­ния, пос­ле свар­ки пла­вящим­ся элек­тро­дом края шва пе­реп­лавля­ют вольфра­мовым элек­тро­дом или нак­ла­дыва­ют по­верх об­ли­цовоч­ный шов. Свойства свар­ных со­еди­нений оп­ре­деля­ют­ся сос­та­вом элек­трод­ной про­воло­ки, ре­жимом свар­ки и пос­ле­ду­ющей тер­ми­чес­кой об­ра­бот­кой со­еди­нения. Вы­пус­ка­ют ряд сва­роч­ных про­волок ди­амет­ром 0,8…7 мм; про­воло­ка пос­тавля­ет­ся чис­той пос­ле ва­ку­ум­но­го от­жи­га.

Для свар­ки тех­ни­чес­ко­го ти­тана и од­но­фаз­ных спла­вов ис­пользу­ют про­воло­ку мар­ки ВТ1, а для бо­лее проч­ных — ВТ2, ВТ5 и др. В це­лях по­выше­ния проч­ности, плас­тичнос­ти и стойкос­ти к об­ра­зова­нию тре­щин свар­ные со­еди­нения тер­ми­чес­ки уп­рочня­емых спла­вов под­верга­ют тер­ми­чес­кой об­ра­бот­ке, ре­жим ко­торой за­висит от сос­та­ва спла­ва и не­об­хо­димых свойств. При пра­вильном вы­боре про­воло­ки, ре­жимов и тер­ми­чес­кой об­ра­бот­ки ме­хани­че­ские свойства со­еди­нений близ­ки к свойствам со­еди­нений, вы­пол­ненных вольфра­мовым элек­тро­дом. Ос­новны­ми де­фек­та­ми свар­ных со­еди­нений на спла­вах ти­тана яв­ля­ют­ся по­ры и тре­щины, ко­торые по­яв­ля­ют­ся обыч­но при по­пада­нии в зо­ну свар­ки кис­ло­рода, азо­та, во­доро­да и при по­вышен­ных ско­рос­тях свар­ки. Ис­пользо­вание чис­той про­воло­ки, чис­тых га­зов и уменьше­ние ско­рос­тей свар­ки поз­во­ля­ют пре­дуп­ре­дить об­ра­зова­ние пор и тре­щин.

Свар­ка ти­тана неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом осу­щест­вля­ет­ся пос­то­ян­ным то­ком пря­мой по­ляр­ности, т. е. элек­трод яв­ля­ет­ся ка­тодом. Ра­бочая часть неп­ла­вяще­гося элек­тро­да за­тачи­ва­ет­ся на ко­нус. Угол за­точ­ки за­висит от тол­щи­ны сва­рива­емо­го ме­тал­ла и сос­тавля­ет 30…45°. Мо­гут при­меняться элек­тро­ды и с бо́льшим уг­лом за­точ­ки, од­на­ко при этом сни­жа­ет­ся глу­бина проп­лавле­ния. Для улуч­ше­ния фор­ми­рова­ния шва при ав­то­мати­чес­кой свар­ке с при­садоч­ной про­воло­кой и по­выше­ния стойкос­ти элек­тро­да его ко­нус при­туп­ля­ют до ди­амет­ра 0,5…0,8 мм, что спо­собс­тву­ет рас­фо­куси­ров­ке ду­ги и бо­лее плав­но­му пе­рехо­ду от ос­новно­го ме­тал­ла к уси­лению. Ра­ботос­по­соб­ность неп­ла­вяще­гося элек­тро­да уве­личи­ва­ет­ся со сни­жени­ем ше­рохо­ватос­ти его ко­ниче­ской час­ти.

Ка­чес­тво за­щиты при свар­ке вли­яет не только на га­зона­сыщен­ность шва, но и на стойкость неп­ла­вяще­гося элек­тро­да. Ди­аметр неп­ла­вяще­гося элек­тро­да вы­бира­ет­ся в за­виси­мос­ти от ве­личи­ны сва­роч­но­го то­ка с уче­том до­пус­ти­мой то­ковой наг­рузки на элек­тро­ды.

На­ибо­лее ши­роко рас­простра­нены элек­тро­ды ма­рок СВИ и ВЛ. Их при­мене­ние тех­но­логи­чес­ки и эко­номи­чес­ки бо­лее це­лесо­об­разно, чем элек­тро­дов ЭВЧ.

Что­бы из­бе­жать из­лишне­го пе­рег­ре­ва око­лошов­ных учас­тков, при ду­говой свар­ке ти­тана ог­ра­ничи­ва­ют сва­роч­ный ток. Мак­си­мальный ток при свар­ке ти­тана по­вер­хностной ду­гой неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом обыч­но не пре­выша­ет 300 А. Это поз­во­ля­ет сва­ривать без раз­делки кро­мок за один про­ход ти­тано­вые спла­вы тол­щи­ной до 3 мм.

Сты­ковые со­еди­нения ти­тана бо́льших тол­щин вы­пол­ня­ют мно­гос­лойной свар­кой с раз­делкой кро­мок и по­дачей при­садоч­ной про­воло­ки. Руч­ную свар­ку ве­дут без ко­леба­тельных дви­жений го­рел­ки на ко­рот­кой ду­ге уг­лом впе­ред. Угол меж­ду элек­тро­дом и при­садоч­ной про­воло­кой под­держи­ва­ет­ся в пре­делах 90°, а по­дача про­воло­ки осу­щест­вля­ет­ся неп­ре­рыв­но. Пос­ле окон­ча­ния свар­ки или слу­чайно­го об­ры­ва ду­ги ар­гон дол­жен по­даваться до тех пор, по­ка ме­талл не ос­ты­нет при­мер­но до 400°С.

Для свар­ки ти­тана и его спла­вов тол­щи­ной 0,5…2,0 мм при­меня­ет­ся руч­ная им­пульсно - ду­говая свар­ка неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом, ко­торая ве­дет­ся им­пульса­ми то­ка пря­мой по­ляр­ности. Меж­ду неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом и сва­рива­емым из­де­ли­ем пос­то­ян­но под­держи­ва­ет­ся от от­дельно­го ис­точни­ка пи­тания ма­ло­ам­перная де­жур­ная ду­га (0,8…10,0 А), на ко­торую нак­ла­дыва­ют­ся им­пульсы то­ка. Ре­гули­руя си­лу то­ка, ско­рость свар­ки, дли­тельность им­пульса и па­узы, мож­но в ши­роких пре­делах из­ме­нять раз­ме­ры шва.

При свар­ке им­пульсной ду­гой де­фор­ма­ции конс­трук­ций из ти­тано­вых спла­вов на 15…30% меньше, чем при свар­ке неп­ре­рыв­ной ду­гой. Мож­но так­же сни­зить уро­вень ос­та­точ­ных нап­ря­жений и склон­ность к об­ра­зова­нию по­рис­тости в швах; уменьша­ют­ся про­тяжен­ность ЗТВ и раз­ме­ры крис­талли­тов в ме­тал­ле шва. Все это спо­собс­тву­ет за­мет­но­му улуч­ше­нию ме­хани­чес­ких свойств со­еди­нений.

Свар­ку пла­вящим­ся элек­тро­дом в сре­де инер­тных га­зов при­меня­ют для сты­ковых, тав­ро­вых и нах­лесточ­ных со­еди­нений из ти­тана и ти­тано­вых спла­вов тол­щи­ной бо­лее 3…4 мм в ниж­нем по­ложе­нии. Свар­ку вы­пол­ня­ют на пос­то­ян­ном то­ке об­ратной по­ляр­ности.

Ус­тойчи­вое го­рение ду­ги с ми­нимальным раз­брыз­ги­вани­ем рас­плав­ленно­го ме­тал­ла дос­ти­га­ет­ся при струйном ха­рак­те­ре пе­рено­са элек­трод­но­го ме­тал­ла. Эта фор­ма пе­рено­са обес­пе­чива­ет­ся при оп­ре­делен­ном со­от­но­шении си­лы то­ка свар­ки, нап­ря­жения на ду­ге, ско­рос­ти по­дачи элек­трод­ной про­воло­ки и вы­лета элек­тро­да. Пе­реход к струйно­му пе­рено­су при свар­ке ти­тано­вых спла­вов наб­лю­да­ет­ся при со­от­ветс­тву­ющей плот­ности то­ка, за­вися­щей от ди­амет­ра элек­трод­ной про­воло­ки. Ус­тойчи­вое го­рение ду­ги обус­ловли­ва­ет­ся так­же ис­пользо­вани­ем ис­точни­ков пи­тания с жес­ткой или по­лого­пада­ющей вольт-ам­перной внеш­ней ха­рак­те­рис­ти­кой с вы­соки­ми ди­нами­чес­ки­ми свойства­ми.

Од­нопро­ход­ная свар­ка ти­тано­вых спла­вов пла­вящим­ся элек­тро­дом це­лесо­об­разна при тол­щи­не ме­тал­ла не бо­лее 25 мм. Для бо́льших тол­щин ре­комен­ду­ет­ся при­менять мно­гоп­ро­ход­ную свар­ку с раз­делкой кро­мок. Оп­ти­мальный угол рас­кры­тия кро­мок — 60°, при­туп­ле­ние — 3…5 мм.

Мик­роплаз­менную свар­ку при­меня­ют для со­еди­нения ти­тана тол­щи­ной до 1,5 мм, осу­щест­вля­ют сжа­той ду­гой пря­мого действия пос­то­ян­но­го то­ка пря­мой по­ляр­ности. В ка­чес­тве плаз­мо­об­ра­зу­юще­го га­за при­меня­ют ар­гон, в ка­чес­тве за­щит­но­го — ге­лий или смесь ге­лия с ар­го­ном (объем­ное со­дер­жа­ние ге­лия — 50…75%). Элек­тро­дами яв­ля­ют­ся вольфра­мовые прут­ки ди­амет­ром 0,8…2,0 мм ма­рок ВЛ и ВИ. Мик­роплаз­менную свар­ку осу­щест­вля­ют в неп­ре­рыв­ном и им­пульсном ре­жимах. Де­тали с тол­щи­ной со­еди­ня­емых эле­мен­тов до 0,3 мм сва­рива­ют по от­борто­ван­ным кром­кам, для большей тол­щи­ны ме­тал­ла при­меня­ют дру­гие ти­пы со­еди­нений.

При мик­роплаз­менной свар­ке к сбор­ке сты­ковых и тор­цо­вых со­еди­нений предъяв­ля­ют вы­сокие тре­бова­ния. Сбор­ку де­талей под свар­ку про­из­во­дят в пре­цизи­он­ных прис­по­соб­ле­ни­ях. Ос­нас­тка дол­жна обес­пе­чивать плот­ный при­жим сва­рива­емых кро­мок как к под­клад­ной плен­ке, так и друг к дру­гу. Ше­рохо­ватость кро­мок дол­жна быть не ме­нее Ra = 12,5 мкм. Не­пос­редс­твен­но пе­ред свар­кой ос­нас­тку и кром­ки очи­ща­ют и обез­жи­рива­ют.

В про­цес­се свар­ки не­об­хо­димо стро­го соб­лю­дать все па­рамет­ры ре­жима свар­ки, в пер­вую оче­редь си­лу то­ка, а так­же ре­жим за­дан­но­го рас­хо­да плаз­мо­об­ра­зу­юще­го га­за, пос­кольку он во мно­гом оп­ре­деля­ет ки­нети­чес­кую энер­гию и проп­лавля­ющую спо­соб­ность мик­роплаз­менной струи.

 

5.6Сварка меди и ее сплавов

Чис­тую медь в со­от­ветс­твии с ГОСТ 859—2001 вы­пус­ка­ют де­вяти ма­рок: от М00бк до М4. Ос­новны­ми спла­вами на ос­но­ве ме­ди яв­ля­ют­ся ла­туни и брон­зы.

Ла­туни — мед­но-цин­ко­вые спла­вы, хи­мичес­кий сос­тав ко­торых оп­ре­деля­ет­ся ГОСТ 15527—2004 и ГОСТ 17711—93. Ла­туни, со­дер­жа­щие до 39% Zn, очень плас­тичны, кор­ро­зи­он­но-стойки и хо­рошо сва­рива­ют­ся. Прак­ти­чес­кое при­мене­ние на­ходят ла­туни не бо­лее чем с 50% Zn. Спе­ци­альные ла­туни кро­ме Zn со­дер­жат Fe, Al, Si, Ni и дру­гие ком­по­нен­ты (ЛА77-2, ЛАЖ60-1-1 и т. д.). Алю­миний уменьша­ет ле­тучесть цин­ка, об­ра­зуя на по­верх­нос­ти рас­плав­ленной ла­туни за­щит­ную плен­ку из ок­си­да алю­миния. Же­лезо из­мельча­ет зер­но, по­вышая ме­хани­чес­кие и тех­но­логи­чес­кие ха­рак­те­рис­ти­ки спла­ва. Крем­ний улуч­ша­ет сва­рива­емость ла­туней.

Брон­зы пред­став­ля­ют со­бой спла­вы ме­ди, со­дер­жа­щие не бо­лее 4…5% Zn. Ос­новны­ми ле­гиру­ющи­ми эле­мен­та­ми яв­ля­ют­ся Sn, Al, Mn, Si, Be и Fe. Брон­за по­луча­ет свое наз­ва­ние по ос­новно­му ле­гиру­юще­му эле­мен­ту. Брон­зы под­разде­ля­ют­ся на две большие груп­пы: оло­вян­ные, хи­мичес­кий сос­тав ко­торых оп­ре­деля­ет­ся ГОСТ 18175—78, ГОСТ 613—79, и бе­золо­вян­ные (ГОСТ 493—79, ГОСТ 18175—78).

Вы­сокая теп­ло- и тем­пе­рату­роп­ро­вод­ность ме­ди соз­да­ет большие гра­ди­ен­ты тем­пе­рату­ры и ско­рос­ти ох­лажде­ния, а так­же обус­ловли­ва­ет ма­лое вре­мя су­щес­тво­вания сва­роч­ной ван­ны, что тре­бу­ет под­во­да по­вышен­ной по­гон­ной энер­гии или при­мене­ния пред­ва­рительно­го по­дог­ре­ва. Зна­чительный ко­эф­фи­ци­ент ли­нейно­го рас­ши­рения при­водит к не­об­хо­димос­ти свар­ки при жес­тком за­креп­ле­нии кро­мок или по прих­ваткам. При большой тол­щи­не ме­тал­ла сле­ду­ет ре­гули­ровать ве­личи­ну за­зора в сты­ке.

Руч­ная ду­говая свар­ка пок­ры­тыми элек­тро­дами вы­пол­ня­ет­ся на пос­то­ян­ном то­ке об­ратной по­ляр­ности. Медь тол­щи­ной до 4 мм сва­рива­ют без раз­делки кро­мок, до 10 мм — с од­носто­рон­ней раз­делкой с уг­лом рас­кры­тия до 70° и при­туп­ле­ни­ем 1,5…3,0 мм. При большей тол­щи­не сва­рива­емых об­разцов ре­комен­ду­ет­ся Х-об­разная раз­делка.

Для свар­ки ла­туней, бронз и мед­но-ни­келе­вых спла­вов при­меня­ют элек­тро­ды ма­рок ММЗ-2, ЦБ-1, МН-4, а так­же элек­тро­ды с тол­сты­ми пок­ры­ти­ями ЗТ и «Ком­со­молец-100». Для стер­жней элек­тро­дов мар­ки «Ком­со­молец» при­меня­ют медь ма­рок М1 и М2. В элек­тро­дах ЗТ ис­пользу­ют стер­жень из брон­зы БрКМц3-1. Свар­ку вы­пол­ня­ют ко­рот­кой ду­гой без по­переч­ных ко­леба­ний при пос­то­ян­ном то­ке об­ратной по­ляр­ности. Си­ла сва­роч­но­го то­ка I _св = (50…60) d.

Лис­ты тол­щи­ной до 4 мм сва­рива­ют без раз­делки кро­мок и по­дог­ре­ва. При тол­щи­не 5…8 мм ме­талл по­дог­ре­ва­ют до тем­пе­рату­ры 200…300°С, при тол­щи­не 24 мм — до 750…800°С. Ла­тунь сва­рива­ют с пред­ва­рительным по­дог­ре­вом, под­держи­вая по­нижен­ные то­ки и по­вышен­ные ско­рос­ти.

Свар­ку бронз пок­ры­тыми элек­тро­дами вы­пол­ня­ют при пос­то­ян­ном то­ке об­ратной по­ляр­ности как с пред­ва­рительным по­дог­ре­вом, так и без не­го; ди­аметр элек­тро­дов сос­тавля­ет 6…8 мм, при­меня­емые то­ки — 160…280 А.

Свар­ка ме­ди зат­рудне­на ин­тенсив­ным ее окис­ле­ни­ем в наг­ре­том и рас­плав­ленном сос­то­янии, большой жид­ко­теку­честью и вы­сокой теп­лопро­вод­ностью. Сва­рива­емость ме­ди за­висит от со­дер­жа­ния в ней кис­ло­рода, вис­му­та и свин­ца. В слу­чае по­вышен­но­го со­дер­жа­ния этих эле­мен­тов в ме­тал­ле шва и око­лошов­ной зо­не об­ра­зу­ют­ся тре­щины. При свар­ке ме­ди, со­дер­жа­щей кис­ло­род, по­пада­ние во­доро­да в зо­ну ду­ги при­водит к об­ра­зова­нию пор и тре­щин.

Для хо­рошей сва­рива­емос­ти в ме­ди не дол­жно быть бо­лее 0,03% О₂, а для от­ветс­твен­ных конс­трук­ций — не дол­жно быть бо­лее 0,01% О₂. Вве­дение в ме­талл шва крем­ния, алю­миния и ти­тана рас­кисля­ет шов и по­выша­ет его стойкость к об­ра­зова­нию пор и тре­щин.

Медь хо­рошо сва­рива­ет­ся пла­вящим­ся элек­тро­дом в ар­го­не, азо­те, в сме­си ар­го­на с азо­том и в ге­лии. На­илуч­шее фор­ми­рова­ние шва име­ет мес­то в ар­го­не и ге­лии. При свар­ке в азо­те сни­жа­ет­ся ее сто­имость и по­выша­ет­ся про­из­во­дительность. Из-за вы­сокой теп­лопро­вод­ности ме­ди для по­луче­ния на­деж­но­го про­вара в на­чале свар­ки и хо­роше­го сплав­ле­ния по кром­кам де­тали по­дог­ре­ва­ют до 200…500°С.

При свар­ке в ар­го­не по­дог­рев не­об­хо­дим при тол­щи­не ме­тал­ла бо­лее 4,5 мм, а в азо­те — бо­лее 8,0 мм. При вы­пол­не­нии свар­ки дву­мя ду­гами в ар­го­не уда­ет­ся сва­ривать без по­дог­ре­ва медь тол­щи­ной до 12,7 мм.

Сты­ковые со­еди­нения сва­рива­ют обыч­но на под­клад­ных план­ках. Им­пульсно-ду­говая свар­ка в ар­го­не обес­пе­чива­ет воз­можность вы­пол­не­ния вер­ти­кальных и по­толоч­ных швов, уменьша­ет пы­лега­зовы­деле­ние, а так­же поз­во­ля­ет сва­ривать тон­кий ме­талл. Ка­чес­тво шва оп­ре­деля­ет­ся чис­то­той за­щит­но­го га­за и сос­та­вом элек­трод­ной про­воло­ки. Так, для свар­ки обыч­но ис­пользу­ют ар­гон, чис­тый ге­лий и азот.

При на­личии в азо­те кис­ло­рода плас­тичность со­еди­нений за­мет­но сни­жа­ет­ся. Для свар­ки ме­ди M1 и М2 ре­комен­ду­ют­ся про­воло­ки БрКМц3-1 и МНЖКТ, ко­торые обес­пе­чива­ют по­луче­ние плот­но­го шва без тре­щин. Ме­хани­чес­кие свойства свар­ных со­еди­нений близ­ки к свойствам ос­новно­го ме­тал­ла. Кор­ро­зи­он­ная стойкость ме­тал­ла шва, вы­пол­ненно­го про­воло­кой МНЖКТ, та­кая же, как и ос­новно­го ме­тал­ла, а про­воло­кой БрКМц3-1 — нем­но­го ни­же. Свар­ку жес­тких со­еди­нений ре­комен­ду­ет­ся вы­пол­нять про­воло­кой МНЖКТ.

Свар­ка ла­туни соп­ря­жена с труд­ностя­ми из-за ин­тенсив­но­го уга­ра цин­ка. Осо­бен­но ин­тенсив­но ис­па­ря­ет­ся цинк из элек­тро­да. Вве­дени­ем цин­ка в про­воло­ку не уда­ет­ся су­щес­твен­но по­высить его со­дер­жа­ние в шве. Ла­тунь обыч­но сва­рива­ют в ар­го­не или ге­лии брон­зо­выми про­воло­ками БрКМц3-1 или БрАМц9-2.

В це­лях уменьше­ния вы­гора­ния цин­ка ре­комен­ду­ет­ся вес­ти свар­ку на по­нижен­ных нап­ря­жени­ях и то­ках, а так­же им­пульсной ду­гой. Для по­выше­ния со­дер­жа­ния цин­ка в шве ре­комен­ду­ет­ся сва­ривать со­еди­нения без раз­делки кро­мок за один про­ход. Пос­кольку теп­лопро­вод­ность ла­туни ни­же, чем ме­ди, ме­талл тол­щи­ной до 20 мм сва­рива­ют без по­дог­ре­ва. Швы, вы­пол­ненные про­воло­кой БрАМц9-2, — плот­ные, без тре­щин и дру­гих де­фек­тов. При свар­ке про­воло­кой БрКМц3-1 жес­тких со­еди­нений в ме­тал­ле шва встре­ча­ют­ся тре­щины. При­мене­ние им­пульсно-ду­говой свар­ки уменьша­ет по­тери эле­мен­тов и пы­лега­зовы­деле­ние, поз­во­ля­ет сва­ривать ла­тунь в вер­ти­кальном, го­ризон­тальном и по­толоч­ном по­ложе­ни­ях. В око­лошов­ной зо­не наб­лю­да­ет­ся рост зе­рен. Ме­хани­чес­кие свойства свар­но­го со­еди­нения удов­летво­рительные.

Свар­ку ла­туни с медью вы­пол­ня­ют в ар­го­не, ге­лии или азо­те про­воло­ками БрКМц3-1, БрАМц9-2 или МНЖКТ. При тол­щи­не мед­ной де­тали бо­лее 4 мм ее по­дог­ре­ва­ют до тем­пе­рату­ры 200°С. Ре­жимы свар­ки вы­бира­ют по тол­щи­не мед­ной де­тали, но свар­ку ве­дут на по­нижен­ных нап­ря­жени­ях и элек­трод сме­ща­ют в сто­рону ме­ди. При­мене­ние им­пульсно-ду­говой свар­ки поз­во­ля­ет сва­ривать вер­ти­кальные и по­толоч­ные швы, при этом ис­клю­чены под­плав­ле­ние мед­ных труб ма­лых тол­щин и раз­брыз­ги­вание.

Свар­ка алю­мини­евых бронз ма­рок БрАМц9-2, БрАЖ­МцЮ3-1,5 и дру­гих ус­пешно вы­пол­ня­ет­ся в ар­го­не и ге­лии про­воло­ками БрАМц9-2 и БрАЖ­МцЮ3-1,5. Для по­луче­ния плот­ных швов с хо­рошим фор­ми­рова­ни­ем сле­ду­ет тща­тельно очи­щать про­воло­ку и кром­ки, а так­же обес­пе­чивать хо­рошую за­щиту зо­ны свар­ки га­зом. Ме­талл тол­щи­ной бо­лее 12 мм не­об­хо­димо по­дог­ре­вать до 150…300°С. Хи­мичес­кий сос­тав ме­тал­ла шва при ис­пользо­вании про­воло­ки иден­тично­го сос­та­ва бли­зок к сва­рива­емо­му; швы плот­ные, без тре­щин.

Брон­зы мар­ки БрКМц3-1 ус­пешно сва­рива­ют в ар­го­не, ге­лии и азо­те с ис­пользо­вани­ем про­воло­ки БрКМц3-1 ди­амет­ром 0,8…4,0 мм. Свар­ку вы­пол­ня­ют ста­ци­онар­ной и им­пульсной ду­гой.

Свар­ка оло­вян­ных бронз соп­ря­жена с не­кото­рыми труд­ностя­ми вследс­твие склон­ности к об­ра­зова­нию тре­щин в око­лошов­ной зо­не. Для пре­дуп­режде­ния об­ра­зова­ния тре­щин не­об­хо­димо уменьшить про­тяжен­ность око­лошов­ной зо­ны или сде­лать ее бо­лее ши­рокой, обес­пе­чив плав­ное из­ме­нение тем­пе­ратур. Свар­ку не­жес­тких со­еди­нений тол­щи­ной до 10 мм вы­пол­ня­ют без по­дог­ре­ва. В этом слу­чае не­об­хо­димо обес­пе­чить ми­нимальный ра­зог­рев де­талей и ми­нимальные нап­ря­жения в со­еди­нении. Бо­лее тол­стый ме­талл сва­рива­ют с мес­тным или об­щим по­дог­ре­вом до 300…350°С. Оло­вян­ные брон­зы сва­рива­ют в ар­го­не, ге­лии, азо­те и без за­щиты га­зом. Для свар­ки бронз, не со­дер­жа­щих сви­нец, ре­комен­ду­ет­ся про­воло­ка из фос­фо­рис­той брон­зы с 4,5…7,5% Sn. Для за­вар­ки де­фек­тов на брон­зах, со­дер­жа­щих сви­нец, ис­пользу­ют по­рош­ко­вую про­воло­ку близ­ко­го сос­та­ва.

Крем­нистая и алю­мини­евая брон­зы хо­рошо сва­рива­ют­ся с медью. Свар­ку ве­дут про­воло­ками БрКМц3-3 и БрАМц9-2 в ар­го­не, ге­лии или азо­те. Для хо­роше­го сплав­ле­ния с мед­ной кром­кой ду­гу нап­равля­ют на медь, а при тол­щи­не ме­ди бо­лее 5 мм со­еди­нение по­дог­ре­ва­ют. Ре­жимы свар­ки вы­бира­ют ис­хо­дя из тол­щи­ны ме­ди. Алю­мини­евые брон­зы хо­рошо сва­рива­ют­ся так­же со сталью. Свар­ку вы­пол­ня­ют про­воло­кой БрАМц9-2 в ар­го­не. Ре­жимы свар­ки вы­бира­ют та­кими же, как при свар­ке бронз. Мно­гос­лойные швы сва­рива­ют с пол­ным ос­ты­вани­ем сло­ев.

Свар­ка мед­но-ни­келе­вых спла­вов соп­ря­жена с опас­ностью об­ра­зова­ния тре­щин и пор. Свар­ку спла­вов с со­дер­жа­ни­ем до 5% Ni мож­но вы­пол­нять в ар­го­не, ге­лии и азо­те с ис­пользо­вани­ем про­волок сход­но­го сос­та­ва, до­пол­ни­тельно ле­гиро­ван­ных рас­кисли­теля­ми. Сплав МНЖ5-1 сва­рива­ют про­воло­кой МНЖКТ или про­воло­кой, со­дер­жа­щей 5…6% Ni, а так­же мар­га­нец и ти­тан. Ес­ли про­воло­ка не со­дер­жит рас­кисли­телей, то в ме­тал­ле шва об­ра­зу­ют­ся по­ры. Свар­ку ве­дут без по­дог­ре­ва де­талей. Ре­жимы свар­ки вы­бира­ют та­кими же, как при свар­ке ла­туни.

Про­цесс свар­ки про­воло­кой МНЖКТ в ар­го­не про­тека­ет ста­бильно, без раз­брыз­ги­вания, а в азо­те — соп­ро­вож­да­ет­ся уси­лен­ным раз­брыз­ги­вани­ем. При свар­ке про­воло­ками МНЖКТ ди­амет­ром до 1,4 мм швы плот­ные, без тре­щин. При больших ди­амет­рах элек­тро­да в кра­терах воз­можны над­ры­вы.

5.7Сварка никеля и его сплавов

Свар­ка ни­келя и его спла­вов зат­рудне­на вследс­твие осо­бых фи­зико-хи­мичес­ких свойств, а так­же большой чувс­тви­тельнос­ти к при­месям, в пер­вую оче­редь к рас­тво­рен­ным га­зам. Рас­тво­римость га­зов О₂, Н₂ и СО в рас­плав­ленном ни­келе зна­чительна, при ос­ты­вании ог­ра­ниче­на, что вы­зыва­ет по­рис­тость ме­тал­ла шва, а так­же во­дород­ную бо­лезнь. В свя­зи с этим к чис­лу глав­ных за­дач, воз­ни­ка­ющих при свар­ке плав­ле­ни­ем ни­келя, от­но­сят­ся обес­пе­чение на­деж­ной за­щиты зо­ны свар­ки от га­зов ат­мосфе­ры, при­мене­ние сва­роч­ных ма­тери­алов вы­сокой чис­то­ты, а так­же рас­кисле­ние и де­газа­ция сва­роч­ной ван­ны. В ка­чес­тве на­ибо­лее эф­фектив­ных рас­кисли­телей для ни­келя при­меня­ют алю­миний и ти­тан.

Зат­рудне­ния при свар­ке ни­келя обус­ловле­ны так­же большой склон­ностью ме­тал­ла шва к об­ра­зова­нию крис­талли­заци­он­ных тре­щин. Зна­чительное вли­яние на свойства ни­келя и воз­никно­вение тре­щин в ме­тал­ле шва ока­зыва­ют се­ра и фос­фор, с ко­торы­ми ни­кель име­ет большое хи­мичес­кое сродс­тво. Для сни­жения рос­та крис­талли­тов шва свар­ку ве­дут на ог­ра­ничен­ной по­гон­ной энер­гии, а в ме­талл шва вво­дят мо­дифи­като­ры (ти­тан, мо­либ­ден, алю­миний и др.).

При свар­ке ни­келя сле­ду­ет учи­тывать так­же то, что ме­талл об­ла­да­ет срав­ни­тельно низ­ки­ми ли­тейны­ми свойства­ми. Ме­талл в сва­роч­ной ван­не ме­нее жид­ко­теку­чий, чем при свар­ке ста­ли, ос­новной ме­талл проп­лавля­ет­ся на меньшую глу­бину, по­это­му нем­но­го уве­личи­ва­ют угол раз­делки кро­мок и уменьша­ют при­туп­ле­ние.

При свар­ке ни­келя и его спла­вов при­нима­ют спе­ци­альные ме­ры, что­бы хи­мичес­кий сос­тав ме­тал­ла шва от­ли­чал­ся от сос­та­ва ос­новно­го ме­тал­ла. Это обус­ловле­но тем, что по­лучить ка­чес­твен­ный шов на этих ме­тал­лах, осо­бен­но на тех­ни­чес­ком ни­келе, мож­но лишь при ус­ло­вии его ком­плексно­го ле­гиро­вания.

Зо­на тер­ми­чес­ко­го вли­яния на ни­келе и его спла­вах с медью не за­кали­ва­ет­ся и не име­ет та­ких де­фек­тов, для пре­дот­вра­щения ко­торых пот­ре­бовал­ся бы пред­ва­рительный по­дог­рев или пос­ле­ду­ющая тер­ми­чес­кая об­ра­бот­ка. Од­на­ко для не­кото­рых спла­вов (ни­келя с мо­либ­де­ном, ни­келя с мо­либ­де­ном и хро­мом и др.) тре­бу­ет­ся пос­ле­ду­ющая тер­ми­чес­кая об­ра­бот­ка свар­ных со­еди­нений (наг­рев до 700…800°С с пос­ле­ду­ющим ох­лажде­ни­ем на воз­ду­хе или в во­де). Тер­ми­чес­кая об­ра­бот­ка свар­ных со­еди­нений из тех­ни­чес­ко­го ни­келя поз­во­ля­ет по­лучить мел­ко­зер­нистую и де­зори­ен­ти­рован­ную струк­ту­ру, час­тично или пол­ностью снять сва­роч­ные нап­ря­жения.

Под­го­тов­ка к свар­ке. Важ­ным ус­ло­ви­ем по­луче­ния ка­чес­твен­но­го шва на ни­келе и его спла­вах яв­ля­ет­ся обес­пе­чение чис­то­ты сва­рива­емо­го ме­тал­ла и сва­роч­ной про­воло­ки. Кром­ки и при­лега­ющие к ним учас­тки ме­тал­ла на рас­сто­янии 20…30 мм тща­тельно за­чища­ют ме­хани­чес­ким спо­собом до ме­тал­ли­чес­ко­го блес­ка и обез­жи­рива­ют аце­тоном или чис­тым бен­зи­ном. При дли­тельном хра­нении ни­келя и мед­но-ни­келе­вых спла­вов в за­вод­ской ат­мо­сфе­ре на них об­ра­зу­ет­ся на­лет, со­дер­жа­щий се­ру. Этот на­лет не сни­ма­ет­ся при обез­жи­рива­нии, по­это­му тре­бу­ет­ся обя­зательная ме­хани­чес­кая за­чис­тка пе­ред свар­кой.

Как пра­вило, хи­мичес­кое трав­ле­ние кро­мок на ни­келе и его спла­вах пе­ред свар­кой не тре­бу­ет­ся. Од­на­ко в ря­де слу­ча­ев при на­личии плен­ки ок­си­дов на по­вер­хнос­ти тех­ни­чес­ко­го ни­келя, сох­ра­нив­шейся пос­ле дли­тельно­го вы­соко­тем­пе­ратур­но­го наг­ре­ва, ре­комен­ду­ет­ся об­ра­бот­ка ме­тал­ла в тра­вильном рас­тво­ре сле­ду­юще­го. Пе­ред трав­ле­ни­ем де­таль про­мыва­ют в го­рячей во­де, за­тем пог­ру­жа­ют в тра­вильную ван­ну, а пос­ле трав­ле­ния вновь про­мыва­ют в го­рячей во­де. Дли­тельность трав­ле­ния де­тали в ван­не сос­тавля­ет при­мер­но 5…10 с. Пос­ле трав­ле­ния и про­мыв­ки ос­татки кис­лот нейтра­лизу­ют в 1%-ном вод­ном рас­тво­ре ам­ми­ака и де­таль про­суши­ва­ют в ки­пящей во­де.

Элек­тро­дуго­вая свар­ка пок­ры­тыми