книги / Сварка в машиностроении. Т. 2

ЖА-64 следующий: 30—44% криолита, 48—38% хлористого калия, 19—15% хлористого натрия, 3—3,5% кварцевого песка. Флюс замешивают на водном раст­ воре карбоксилметилцсллюлозы (14—16% массы шихты), протирают через сито и прокаливают при 280—320° С в течение 6 ч. Сварку ведут чаще расщепленным электродом. В конструкциях, работающих в коррозионных средах, после сварки необходимо тщательно удалять остатки флюса.

Дуговую сварку в среде защитных газов широко используют для сварки алю­ миния и его сплавов. В качестве защитного газа применяют аргон чистотой не менее 99,9% (по ГОСТ 10157—73, copra: высший, первый и второй) или смеси аргона с гелием. При сварке плавящимся электродом иногда применяют аргон с добавкой до 5% 0 2.

Основным преимуществом процесса дуговой сварки вольфрамовым электро­ дом в среде защитного газа является высокая устойчивость горения дуги. Бла­ годаря этому процесс используется при сварке тонких листов. Питание дуги осуществляется переменным током от источников с падающими внешними харак­ теристиками. Сварку ведут ручным или автоматическим способом. Для ручной сварки используют вольфрамовые электроды и присадочную проволоку в зави­ симости от толщины свариваемого металла:

Автоматическую сварку осуществляют без подачи или с подачей присадочной проволоки. При ручной сварке тонких листов неплавящимся электродом без при­ садки (по отбортовке) или с присадкой в один проход горелку перемещают с на­ клоном «углом вперед». Угол наклона горелки к плоской поверхности детали около 60°. Присадочная проволока подается под возможно меньшим углом к пло­ ской поверхности детали.

При механизированной или автоматической'сварке неплавящимся электро­ дом горелка располагается под прямым углом к поверхности детали, а присадоч­ ная проволока подается таким образом, чтобы конец проволоки опирался па кран сварочной ванны; скорость подачи меняется от 4—6 до 30—40 м/ч в зависимости от толщины материала. Ориентировочные режимы дуговой сварки вольфрамовым электродом приведены в табл. 12 и 13.

12.Ориентировочные режимы ручной аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом стыковых соединений алюминиевых сплавов

2.090—110

Для сварки алюминиевых сплавов также используют сварку вольфрамовым электродом импульсной дугой [5]. При этом можно сваривать алюминиевые сплавы толщиной от 0,2 мм и более. Имеются специализированные источники тока ИПКИ-100 и ИПКИ-350 для сварки импульсной дугой алюминиевых сплавов на переменном токе.

Полуавтоматическая сварка плавящимся электродом возможна в различных про­ странственных положениях и позволяет заменить менее совершенный процесс сварки алюминиевых сплавов покрытыми электродами; при этом рекомендуются полуавтоматы с механизмом подачи тянущего типа.

15.Ориентировочные режимы автоматической аргонодуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов (соединения встык)

Х-образной разделкой

18.Ориентировочные режимы полуавтоматической сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов (соединения встык)

Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом расширяет возможность сварки алюминиевых сплавов при различных пространственных положениях. При этом улучшается формирование швов, регулируется время пребывания металла сварочной ванны в расплавленном состоянии, а значит и протекание металлурги­ ческих реакций. Ориентировочные режимы импульсно-дуговой автоматической сварки плавящимся электродом приведены в табл. 17.

При плазменной сварке (сжатой дуге) концентрация энергии в пятне нагрева высокая, что делает этот вид сварки перспективным для соединения алюминие­ вых сплавов. Преимуществом плазменной сварки является высокая скорость, зна­ чительное сокращение зоны термического влияния, стабильность процесса, бла­ годаря чему не требуется контроль и поддержание постоянства длины дуги, что облегчает выполнение ручной сварки. При плазменной сварке, в связи с глубо­ ким проплавлением, резко увеличивается доля основного металла в формирова­ нии шва. Однако при этом необходимо соблюдать точность сборки деталей под сварку и ведения горелки по стыку. Для алюминиевых сплавов необходимо при­

менять плазменную сварку с питанием дуги переменным током. Ориентировочные режимы плазменной сварки приведены в табл. 18.

17.Ориентировочные режимы импульсной автоматической аргонодуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов (соединения встык)

При плазменной сварке на постоянном токе обратной полярности приме няют горелки с усиленным принудительным охлаждением вольфрамового элек трода.

С помощью слаботочной сжатой дуги (микроплазмы) можно сваривать алю миниевые сплавы толщиной 0,2—1,5 мм при силе тока 10—100 А. При микроплаз меннои сварке применяют аргон чисто­

ного усилия. При точечной сварке на поверхность детали из материалов типа САП предварительно наносят слой плакированной смеси из алюминия или его сплавов толщиной 3—5% толщины листа. Сварку рассматриваемых сплавов производят при больших плотностях тока (до 2000 А/мм2) на мощных маши­ нах постоянного тока, низкочастотных машинах или машинах с запасенной энергией в электрическом поле (на конденсаторных машинах). Ввиду большой теплопроводности и относительно малой прочности алюминиевых сплавов реко­ мендуется нагревать металл на относительно жестких режимах кратковременными импульсами тока, длительность /св которых не превышает 0,3—0,4 с. Величина /св зависит от толщины деталей и свойств металла, и в первую очередь от сопротив­ ления его пластической деформации. Для сравнительно пластичных металлов при температурах сварки (АМц, Д 16) толщиной S до 3 мм можно использовать кон­ денсаторные машины (/св = 0,02 -5- 0,05 с). Сплавы с повышенным содержанием магния (АМгб) целесообразно сваривать на машинах постоянного тока или на

валом кристаллизации и значительной усадкой. Поэтому для предупреждения образования трещин и раковин в литом металле ядра используется ковочное усилие FK, время /к приложения которого по отношению к моменту выключения тока составляет 0,02—0,08 с в зависимости от толщины деталей [/к = (0,01 -г- 0,015) 5]. Вероятность образования трещин определяется объемом расплавлен­

ного металла, и поэтому проковку рекомендуется производить при сварке дета­ лей толщиной более 1,5—2 мм. Для ориентировочной оценки принимают, что FK= (1,5 -г- 2) FCB. Для облегчения условий проковки и снижения FK можно использовать дополнительный импульс тока, следующий через некоторук) паузу после сварочного (рис. 6). Снижение сопротивления деформации и склонности

к образованию выплесков достигается при применении предварительного импульса тока, по силе и длительности меньше сварочного. Для этой цели рекомендуется плавное или ступенчатое повышение сварочного усилия по мере нагрева и плав­ ления металла [9].

Электроды и ролики для точечной и шовной сварки алюминиевых сплавов изготовляют из металлов с высокой тепло- и электропроводностью, например из кадмиевой бронзы БрКд1. Электроды и ролики зачищают для удаления про­ дуктов взаимодействия и восстановления исходного профиля рабочей поверхности через 100 точек. Наибольшее распространение при этом получили электроды и ролики со сферической рабочей поверхностью, радиус которой зависит от толщины свариваемого металла (табл. 19).

Контактную стыковую сварку различных деталей из алюминиевых сплавов производят преимущественно методом оплавления. Режимы сварки отличаются большими скоростями оплавления (до 20 мм/с к концу процесса), особенно при соединении термически упрочняемых сплавов с широким интервалом кристалли­ зации, значительными усилиями и скоростями осадки (более 150 мм/с). Оплавле­ ние производится на высоких плотностях тока (40—60 А/мм2) перед осадкой. Давление осадки при обычной схеме деформации составляет 15—30 кгс/мм3

ручной сваркой, все остальные — автоматической вольфрамовым электродом в аргоне. 2. Сплав Д16 сваривали с использованием присадочной проволоки АК, сплав АМг2А — с использованием проволоки АМгЗ, все остальные сплавы — с использова­

нием проволоки, состав которой аналогичен составу основного металла.

2 1 . Механические свойства стыковых сварных соединений из алюминиевых сплавов, сваренных автоматической дуговой сваркой плавящимся электродом в аргоне

Предел прочности сварных соединений высокопрочных алюминиевых сплавов изменяется с повышением температуры (рис. 7).

Прочность сварных соединений, выполненных контактной точечной сваркой, оценивается по результатам испытаний образцов на срез и отрыв. Например, сред­ ние разрушающие нагрузки при испытании образцов нз сплава Д16 составляют 690 кге (срез) и 240 кге (отрыв) на точку [1]. Предел прочности образцов, сварен­ ных шовной сваркой, зависит от толщины металла и, например, для сплава АМгб составляет в среднем 80% предела прочности на растяжение основного металла. При действии знакопеременных нагрузок прочность соединений относительно невелика. Например, напряжения в листе при усталостном разрушении точеч-

СВАРКА МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Основные свойства и особенности сварки

Чистый магний обладает относительно невысокой прочностью и малой пла­ стичностью. В качестве конструкционных материалов используют сплавы маг­ ния, имеющие высокую удельную прочность при сохранении малой массы. Маг­ ниевые сплавы отличаются повышенной чувствительностью к коррозии во многих средах. Эго объясняется тем, что образующаяся поверхностная окисная пленка неплотная и не обладает высокими защитными свойствами, как например, окисная пленка на алюминии. Для защиты от коррозии на поверхности деталей из маг­ ниевых сплавов наносят специальные защитные пленки или лакокрасочные покры­ тия. С целью уплотнения окисных пленок в состав магниевых сплавов часто вводят добавки бериллия.

Магниевые сплавы, так же как и алюминиевые, разделяют на деформируемые и литейные сплавы. По чувствительности к термообработке различают магни­ евые сплавы термически упрочняемые и не упрочняемые термической обработ­ кой. По системе легирования деформируемые сплавы могут быть разделены на несколько групп [6].

Группа I. Сплавы системы Mg—Mn: MAI, МА8. Эти сплавы не упрочняются термической обработкой и относительно хорошо свариваются.

Группа II. Сплавы системы Mg—Al—Zn: МА2, МА2-1, МА2-1 п. ч., МА5. Эти сплавы не упрочняются термической обработкой, удовлетворительно свари­ ваются.

Группа III. Сплавы системы Mg—Zn—Zr: MA-14 (BM65-1), ВМД-3. Эти сплавы упрочняются термической обработкой, отличаются повышенной жаропрочностью и невысокой свариваемостью.

Кроме того, применяются сплавы и других систем легирования: жаропроч­ ные сплавы системы Mg—Th—Mn (МА13), высокопрочные сплавы системы Mg—Al—Cd—Ag (МАЮ) и др. К литейным сплавам относятся сплавы системы Mg—Мп (Мл2), системы Mg—Al—Zn (МлЗ, Мл4, Мл5, Млб), системы Mg—Nd—Zr (Мл 10) и др. Из общего перечня деформируемых сплавов различного назначе­ ния для изготовления сварных конструкций наиболее широко используют сплавы: MAI, МА2, МА2-1, МА2-1 п. ч., МА8, МАЮ, МА11.

Магний является одним из металлов с высоким сродством к кислороду. Поэ­ тому сплавы на основе магния в условиях сварки активно окисляются кислородом окружающей среды. В связи с высокой температурой плавления окисная пленка на поверхности кромок свариваемых деталей затрудняет образование общей сварочной ванны и должна быть разрушена или удалена в процессе сварки. Особенностью окисной пленки являются ее плохие защитные свойства и способ­ ность удерживать большое количество влаги.

Кроме кислорода, в атмосфере, окружающей ванну, могут присутствовать СО, С02, пары воды, азот и водород. Магний взаимодействует с этими газами, об­ разуя карбиды, нитриды и окислы. В отличие от других газов водород обладает

способностью растворяться в магнии. При кристаллизации растворимость резко сокращается. Однако критическая концентрация водорода в атмосфере защитного газа, способная вызвать пористость при сварке магниевых сплавов, велика и для реальных условий практически маловероятна [4]. Это объясняется большой раст­ воримостью водорода в металле. Основной причиной появления пор при сварке магниевых сплавов является выделение водорода, образующегося при разложе­ нии остатков влаги, содержащейся в частицах окисной пленки. При этом водород выделяется в молекулярной форме, минуя стадию растворения. Для борьбы с по­ ристостью в швах рекомендуются меры, направленные на сокращение концентра­ ции окисных частиц, замешиваемых в ванну, а также применение рациональной обработки поверхности присадочного металла и кромок свариваемых деталей.

При кристаллизации магниевые сплавы склонны к образованию крупно­ кристаллической структуры. Многие легирующие элементы при высоких скоро­ стях охлаждения способны образовы-

лошовных зонах возможны распад твердого раствора и оплавление границ

= 29• 10~° 1/°С). В связи с этим сварка сплавов на его основе осложняется боль­ шой склонностью свариваемых конструкций к короблению, а иногда к образова­ нию трещин. Склонность к образованию трещин при сварке различных магние­ вых сплавов приведена в табл. 22. Для предупреждения трещин и уменьшения коробления рекомендуется сварка с подогревом конструкций или последующая термическая обработка их для снятия напряжений.

Технология сварки

Подготовка деталей под сварку. Подготовка деталей заключается в удале­ нии поверхностных загрязнений, окисных и защитных пленок, а также профили­ ровании свариваемых кромок. Поверхностные загрязнения удаляют с помощью растворителей или специальных составов, а окисные и защитные пленки — ме­ ханическим или химическим способами. Применяют следующую технологию подготовки поверхности деталей из магниевых сплавов: 1) обезжиривание в ванне: 20—30 г/л Na3P (V 12Н20, 30—50 г/л NaCO.,; 20—50 г/л NaOH; 3—5 г/л жидкого стекла; 2) промывка в проточной горячей воде при 50—60° С в течение 0,5—1 мин; 3) удаление защитного покрытия в щелочной ванне: 200—300 г/л NaOH при 70— 80е С в течение 10—15 мин; 4) промывка в проточной горячей воде при 50—60° С в течение 0,1 —1 мин; 5) промывка в холодной воде; 6) химические травления в ван­ не: 150—200 г/л Сг03; 25—35 г/л Na03, 2—3 г/л CaF2, время травления 2 мин при 20е С; 7) промывка в холодной проточной воде; 8) сушка сжатым воздухом при 60—90° С.

Поверхность присадочного металла обрабатывается по приведенной техноло­ гии или с применением для травления раствора 180 г/л Сг03 при 90° С; время трав­ ления 5 мин. Перед сваркой кромки деталей рекомендуется зачищать шабером.

Перед точечной и шовной сваркой поверхности деталей после механической обработки дополнительно зачищают вращающимися металлическими щетками. Срок хранения деталей до сварки 24 ч. При этом электрическое сопротивление свариваемых поверхностей деталей не должно превышать 120 мкОм.

Типы соединений и технология сварки. В конструкциях из магниевых сплавов применяют все основные типы сварных соединений, принятые при сварке алюми­ ниевых сплавов. Исключение составляют соединения с отбортовкой кромок. В связи с недостаточной пластичностью магниевых сплавов отбортовка кромок даже для металла малой толщины не применяется. Встык без разделки кромок рекомендуется сваривать соединения за один проход при односторонней сварке па подкладках, имеющих специальные профилированные канавки, аналогичные применяемым при сварке алюминиевых сплавов. Двусторонняя сварка стыковых соединений без разделки кромок не рекомендуется из-за опасности появления в швах большого количества окисных включений. При сварке соединений из металла толщиной более 6—10 мм применяется V-образная или чашеобразная разделка кромок и для металла толщиной более 20 мм при наличии двустороннего подхода — X-образная разделка кромок. В последнем случае перед выполнением шва с обратной стороны необходима предварительная разделка корневой части первого шва.

Для контактной точечной и шовной сварки магниевых сплавов характерны нахлесточные соединения, размеры которых определяются ГОСТ 15878—70. Низкая температура воспламенения магния исключает применение стыковой сварки оплавлением.

Сварку магниевых сплавов можно выполнять лишь при условии надежной защиты сварочной ванны и близлежащих участков основного металла к окружаю­ щей атмосфере. Для конструкций из магниевых сплавов применяют дуговую сварку в среде защитного газа — аргона чистотой 99,9. В промышленности широко используют дуговую сварку в среде защитного газа неплавящимся вольфрамовым электродом, а также трехфазной дугой. Ручной и автоматической сваркой вольфра­ мовым электродом встык без разделки кромок за один проход могут быть сварены детали толщиной до 6 мм. С увеличением толщины необходимо производить раз­ делку и заполнять место разделки в несколько проходов. Диаметры присадочной и сварочной проволоки для сварки деталей из магниевых сплавов разных толщин приведены в табл. 23.

23.Диаметры присадочной и сварочной проволоки для разных толщин магниевых сплавов

Для металла толщиной более 5 мм может быть использована автоматическая сварка плавящимся электродом со струйным переносом электродного металла. Для более тонкого металла применяют сварку короткой дугой с периодическими кратковременными замыканиями дугового промежутка. В обоих случаях процесс