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

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

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

Конструктивные размеры стыковых соединений при сварке высоколегированных сталей

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

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

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

Рис.100

короткая сварочная дуга;

отсутствие поперечных колебаний горелки;

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

минимально возможные токовые режимы

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

Контрольные вопросы:

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

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

Контрольное задание:

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

Горячие трещины - хрупкие межкристаллические разрушения в металле шва и околошовной зоны, возникающие в твердожидком состоянии в процессе кристаллизации (кристаллизационные трещины), а также в твердом состоянии при температурах ниже температуры солидуса (подсолидусные трещины).

Холодные трещины - для них характерен блестящий кристаллический излом без следов высокотемпературного окисления. Причины холодных трещин: охрупчивание металла вследствие закалочных процессов при быстром его охлаждении; остаточные напряжения, возникающие в сварных соединениях; повышенное содержание водорода в сварных швах; толщина свариваемых элементов.

Методы борьбы с холодными трещинами основываются на уменьшении степени подкалки металла, снятии остаточных напряжении, ограничении содержания водорода.

Поры образуются в результате перенасыщения расплавленного металла шва газами. Поры могут быть поверхностные, внутренние или располагаться в цепочку. Поры возникают из-за недостаточной защиты расплавленного металла от воздуха и влаги, а также вследствие плохой очистки свариваемых поверхностей от масла и ржавчины, большой скорости сварки и остывания металла. Поры снижают прочность, нарушают герметичность изделия.

Сварной шов

Сварной шов образуется затвердевающим металлом. Металл шва имеет дентритное строение. В этой зоне металл нагревается до температуры выше температуры линии ликвидуса, что определяет интенсивное протекание химических реакций и металлургических процессов между металлом шва и газами атмосферы, а также сварочными материалами: флюсами, электродными покрытиями, защитными газами и др. Здесь возможны наибольшие изменения химического состава металла, его неоднородность, образование пор, горячих и холодных трещин.

К сварному шву примыкает зона сплавления (0,1-0,4мм). Там происходит образование сварного соединения, изменение химического состава и свойств металла, рост зерен. Этот участок - наиболее слабое место сварного соединения.

Участок перегрева - область основного металла, где максимальные температуры при нагреве выше 1100oС. При охлаждении на базе крупнозернистого аустенита образуется крупнозернистая ферритно-перлитная структура с пониженными механическими свойствами.

Участок перекристаллизации (нормализации) соответствует нагреву до температур 900-1100oС. Металл участка обладает высокими механическими свойствами, так как при охлаждении на базе мелкозернистого аустенита, не подвергавшегося нагреву, образуется мелкозернистая структура (феррит + цементит).

На участке неполной перекристаллизации металл нагревается до температур 725-900 oС. Структура металла состоит из смеси мелких зерен, которые не успели перекристаллизироваться. Свойства его более низкие, чем у металла предыдущего участка.

Участок рекристаллизации наблюдается при сварке сталей, подвергавшихся холодной деформации. При нагреве до температуры 450-725 oС в этой области происходит рост зерна, огрублению структуры и разупрочнению.

Участок, нагреваемый до температуры 200-450oС, является переходным от зоны термического влияния к основному металлу. В этой области может происходить старение металла в связи с выпадением карбидов и нитридов железа. Понижается пластичность и вязкость, структура металла на этом участке практически не отличается от основного.

Зона термического влияния - зона основного металла, в которой под действием температуры происходят структурные и фазовые изменения. ЗТВ имеет отличные от основного металла размер зерна и вторичную микроструктуру. Ширина этой зоны зависит от толщины металла, вида и режима сварки. При ручной дуговой сварке она составляет 5-6мм.

Для стали марки 15ГФ выбрали дуговую сварку с разделкой кромок, так как разделка кромок употребляется при толщине детали более 9мм. При дуговой сварке будем использовать электрод dэ = 6 мм. Применяем для устойчивости дуги и лучшего прогрева стыка трансформатор ТC -300 (переменный ток) или ВД - 306 (постоянный ток) с силой тока I = 336 А. Дуга возбуждается между электродом и основным металлом и плавит их оба, причем образуется общая ванночка, где перемешивается весь расплавленный металл.

Дуговой сваркой пользуются для соединения тонких стальных заготовок, где не требуется присадочный металл, а также для цветных металлов и чугуна, и для наплавки порошковых твердых сплавов.

К цветным металлам, которые хорошо соединяются газовой сваркой, относятся медь, алюминий и их сплавы.

Сварка меди . Температура плавления меди составляет 1083 °С, а температура ее кипения - 2360 °С.

Трудности при сварке . Высокая теплопроводность меди требует применения более мощного пламени, чем при сварке стали.

Склонность меди к окислению способствует образованию тугоплавких оксидов.

При расплавлении медь поглощает газы, находящиеся в воздухе, которые затрудняют газовую сварку и приводят к порообразованию. Наличие таких примесей, как свинец, сера, висмут и кислород, ухудшает ее свариваемость.

Сильное тепловое расширение приводит к значительным деформациям металла.

Характеристика пламени . Вид пламени - строго нормальное. Его тепловую мощность выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей: до 4 мм - исходя из расхода ацетилена 150...175 дм3/ч на 1 мм толщины металла; при толщине 4... 10 мм - 175...225 дм3/ч.

Если толщина меди превышает 10 мм, то сварку проводят двумя горелками: первая осуществляет подогрев, вторая - непосредственно сварку. Пламя должно быть «мягким» (с минимально возможной длиной ядра).

Технологические особенности . Сварку выполняют с применением флюса, предохраняющего медь от окисления (см. табл. 5.4).

В качестве присадочных материалов используют прутки и проволоку из меди и ее сплавов с серебром, никелем, железом и другими металлами (см. табл. 5.7). Диаметр присадочной проволоки зависит от толщины меди: он должен составлять 0,5 ...0,75 толщины металла, но не более 8 мм.

Техника сварки . Сварку проводят как левым, так и правым способами с максимальной скоростью и без перерыва.

Сварка меди осуществляется за один проход.

Дополнительные меры . Для компенсации потерь теплоты вследствие ее отвода в основной металл применяют предварительный и сопутствующий подогрев свариваемых кромок. Сварку выполняют на асбестовой подкладке. В процессе сварки нагретый металл должен быть всегда защищен пламенем.

После сварки металла толщиной до 4 мм шов проковывают в холодном состоянии, при большей толщине - при нагреве до температуры 550...600°С. Дополнительно улучшить свойства металла шва после проковки можно с помощью термической обработки (нагрев до температуры 550...600°С и охлаждение в воде).

Сварка латуни . Латунь представляет собой медно-цинковый сплав (см. подразд. 4.3.1). Температура ее плавления изменяется в пределах 800... 900 °С в зависимости от содержания цинка.

Трудности при сварке . Выгорание цинка оказывает отрицательное влияние на здоровье сварщика.

Поглощение газов металлом в расплавленном состоянии приводит к порообразованию.

Отмечается склонность металла шва и околошовной зоны к образованию трещин при температуре 300...600°С.

Сравнительно высокая теплопроводность латуни требует применения более мощного пламени, чем при сварке стали.

Характеристика пламени . Вид пламени - окислительное, препятствующее выгоранию цинка из-за наличия оксидной пленки на поверхности свариваемого металла.

Тепловую мощность пламени выбирают исходя из расхода ацетилена 100... 120 дм3/ч на 1 мм толщины металла.

Технологические особенности . Изделия толщиной до 1 мм сваривают с отбортовкой кромок, 1...5 мм - с отторцован-ными кромками, 6... 15 мм - с V-образной разделкой кромок, 15...25 мм - с Х-образной разделкой. Свариваемые кромки должны быть зачищены до металлического блеска. Возможно травление кромок в 10%-ном растворе азотной кислоты, после чего их промывают горячей водой и насухо протирают ветошью.

Сварку проводят с применением флюсов (см. табл. 5.4) и присадочной проволоки (см. табл. 5.7). Для латуней Л62 и Л68 эффективно использование самофлюсующихся присадочных проволок ЛКБ062-0,2-0,04-0,5.

Сварку выполняют с максимально возможной скоростью.

Техника сварки . Сварку осуществляют левым способом. Конец ядра пламени располагают на расстоянии 7... 10 мм от свариваемой поверхности. Конец присадочной проволоки должен постоянно находиться в зоне сварочного пламени, которое направляют на проволоку. Ее держат под углом 90° к мундштуку.

Дополнительные меры . После сварки швы подвергают проковке. Латуни, содержащие более 40 % цинка, проковывают при температуре выше 650 °С, а менее 40 % - в холодном состоянии. Затем проводят отжиг изделия при температуре 600...650 °С.

Сварка бронзы . Согласно классификации по химическому составу различают оловянные (3... 14 % олова) и безоловянные бронзы (см. подразд. 4.3.1). Температура плавления первых 900...950 °С, вторых - 950...1080°С. Рассмотрим особенности сварки оловянной бронзы.

Трудности при сварке . К факторам, затрудняющим проведение сварки и ухудшающим свойства сварного соединения, относятся выгорание олова и цинка, высокая жидкотекучесть бронзы и порообразование.

Характеристика пламени . Вид пламени - строго нормальное. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода ацетилена 70... 120 дм 3 /ч на 1 мм толщины металла. Пламя «мягкое», без перегрева жидкой ванны.

Технологические особенности . Сварку проводят с применением тех же флюсов, которые используют при сварке меди (см. табл. 5.4). Присадочные материалы по химическому составу аналогичны свариваемому изделию.

Сварку осуществляют в нижнем положении на подкладных элементах из асбеста или графита.

Техника сварки . Сварку выполняют преимущественно левым способом. Конец ядра пламени располагают на расстоянии 7...10 мм от поверхности свариваемого металла.

При сварке следует перемешивать сварочную ванну присадочным прутком, периодически добавляя флюс в жидкий металл.

Дополнительные меры . Для особо ответственных изделий с повышенным содержанием олова рекомендуется отжиг при температуре 750 °С и закалка при 600...650 °С.

Газовая сварка редко используется для получения соединений алюминиевых и кремнистых бронз, которые лучше свариваются дуговыми способами, например аргонодуговым.

Сварка алюминия и его сплавов . Температура плавления алюминия 660 °С, пленки оксида алюминия (Аl 2 О 3) - 2050 °С.

На поверхности алюминия и его сплавов постоянно присутствует пленка оксида, которая образуется вследствие их взаимодействия с кислородом воздуха.

Трудности при сварке . Сварка затруднена из-за наличия прочной тугоплавкой пленки оксида на поверхности алюминиевых сплавов, которую необходимо устранить.

Высокая теплопроводность материалов требует повышенной мощности пламени. В алюминии и его сплавах возникают значительные остаточные напряжения и деформации, велика вероятность образования трещин. При нагревании алюминий не меняет цвет, что осложняет работу сварщика.

Характеристика пламени . Сварку проводят нормальным «мягким» пламенем. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода ацетилена 75 дм 3 /ч на 1 мм толщины металла.

Технологические особенности . Основным видом соединений при газовой сварке алюминия и его сплавов является стыковое. Выполнять тавровые, угловые и нахлесточные соединения не рекомендуется. Кромки разделывают механическим способом и за 2 ч до сварки тщательно зачищают.

Сварку осуществляют в нижнем положении за один проход с максимально возможной скоростью.

Детали толщиной свыше 10 мм перед сваркой рекомендуется подогреть до температуры 300... 350 °С.

Сварку проводят с применением флюсов (см. табл. 5.3), в качестве присадочного материала используют сварочную проволоку одиннадцати марок (см. табл. 5.8).

После сварки остатки флюса тщательно удаляют.

Техника сварки . Левым способом сваривают детали толщиной до 5 мм, правым - толщиной свыше 5 мм. Сварку плоских конструкций целесообразно выполнять обратноступенчатым методом.

Дополнительные меры . Перед сваркой кромки свариваемых деталей и присадочную проволоку промывают в течение 10 мин в щелочном растворе, содержащем 20... 25 г едкого натра и 20... 30 г карбоната натрия на 1 дм 3 воды, при температуре 65 °С с последующей промывкой в воде. После этого кромки и присадочную проволоку подвергают травлению в течение 2 мин в 15%-ном растворе азотной кислоты, промывают в горячей и холодной воде, а затем сушат.

Правила безопасности предусматривают при проведении сварки латуней на открытой площадке применение респиратора, а в замкнутых резервуарах - шлангового противогаза во избежание попадания в органы дыхания паров цинка, входящего в состав латуней.

К ним относятся:

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

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

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

Основные виды сварки

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Способы сварки чугуна

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

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

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

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

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

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

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

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

Особенности сварки меди

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

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

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

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

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

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

Особенности сварки[править | править вики-текст]

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

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

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

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

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

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

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

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

Способы сварки[править | править вики-текст]

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

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

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

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

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

Разнородная сварка[править | править вики-текст]

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

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

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

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

К основным способам сварки титана и его сплавов относятся:

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

· дуговая сварка титана под флюсом;

· электрошлаковая сварка;

· электронно-лучевая сварка;

· контактная сварка.

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

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

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

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

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

1 Главные особенности сварки углеродистой стали

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

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

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

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

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

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

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

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

2 Как выполняется сварка низкоуглеродистых сталей?

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

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

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

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

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

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

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

3 Тонкости сварки среднеуглеродистых сталей

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

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

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

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

Технология дуговой сварки среднеуглеродистых изделий предусматривает такие особенности:

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

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

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

4 Возможна ли сварка высокоуглеродистых сплавов?

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

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