Методы сварки цветных металлов

Специфика сварки цветных металлов и сплавов

Несмотря на относительно низкие рабочие температуры, сварка цветных металлов и сплавов имеет целый ряд особенностей, обязательно учитывающихся при её организации. Цветные металлы отличаются химической активностью, вследствие чего в процессе сварки они реагируют с кислородом и покрываются тонкой плёнкой окисла.

Негативное влияние такого покрытия проявляется в том, что оно препятствует надёжному сопряжению деталей. Алюминий в условиях сварки с доступом кислорода вообще начинает усиленно сгорать.

Свойства сплавов

В том случае, когда в процессе сварки не принимаются специальные защитные меры – негативные процессы только усиливаются и сопровождаются образованием в месте шва оплавленного нароста из оксидных плёнок.

По этой причине технология сварки цветных металлов предполагает создание определённых условий, при которых доступ кислорода в рабочую зону строго ограничивается или регулируется специальными способами.

В своём естественном виде известные типы цветных металлов на практике встречаются довольно редко. В производственных нуждах чаще всего используются различные сплавы, представляющие собой сложные сочетания и комбинации. Они дают возможность получить вещество с определёнными химическими свойствами.

Наибольшее применение в производстве и промышленности нашли соединения меди и алюминия с другими видами цветных металлов (кремнием, магнием, цинком, свинцом и им подобным). К этим сплавам можно причислить:

• обычную латунь, являющуюся по своему составу чистым соединением меди с цинком, в котором на первую составляющую приходится до 70% общей массы. При необходимости достижения нужной кондиции свариваемого продукта доля цинка может быть увеличена до 50 %;
• сложные латуни, в которых помимо меди и цинка содержится ряд добавок и наполнителей;
• бронзу, представляющую собой классический сплав меди и олова в пропорции 85 к 15-ти;
• сплавы алюминия (силумин, дюралюминий, авиаль).

В соответствии с тем, с каким конкретным металлом приходится иметь дело, и выбираются условия или режимы сварки.

Особенности сварочных работ

Специфика работы со сложными цветными металлами (сплавами) состоит в том, что, во-первых, обязательна подготовка их к сварке. Во-вторых, должны быть созданы организуемые техническими средствами условия, в которых протекает сварочная операция. И, наконец, в-третьих – для проведения работ необходим специальный расходный материал (электроды и сварочная проволока). Рассмотрим каждую из этих особенностей более подробно.

Подготовительные операции сводятся к тому, что поверхности перед сваркой зачищают посредством шабера или металлической щётки. После их тщательно протирают бензином или растворителем, используемым для удаления жиров.

Поскольку цветной металл отличается повышенной текучестью – его сваривание, как правило, проводится в нижнем положении с обязательной фиксацией соединяемых заготовок (это позволяет получать рабочие швы толщиной не более двух миллиметров).

По ходу работ заготовки сначала лишь прихватывают на сварку, а затем окончательно обваривают сплошным швом.

Сварка цветных металлов и их сплавов должна проводиться в искусственно созданных условиях (в среде инертных газов), изолирующих рабочую зону от доступа свободного воздуха. Достаточно часто функцию инертного газа выполняет азот, однако в ряде случаев для этих целей применяются аргон, гелий или их смеси.

Что касается расходного сварочного материала, то для получения электрической дуги можно воспользоваться обычными угольными или графитовыми (или же вольфрамовыми) электродами.

Первые применяются при работе с деталями относительно небольших габаритов. Во всех остальных случаях чаще всего выбираются вольфрамовые (графитовые) электроды. Проволока, используемая для сварки цветных металлов, перед применением обязательно протравливается в азотной кислоте или же в смеси кислот (соляной и серной).

В среде аргона

Сварка металлов аргоном, с точки зрения организации, совмещает в себе элементы газовой и электродуговой специальных технологий. С первой этот процесс роднит использование газа, а со второй – наличие электрической дуги и особые подходы к формированию шва.

Наиболее оптимальное решение, обеспечивающее эффективные условия для защиты зоны сварки – применение инертного газа, в качестве которого выступает аргон. Требуемая эффективность действия объясняется исходными характеристиками, благодаря которым он по причине своей природной тяжести без труда вытесняет кислород из зоны сварки и обеспечивает надежную защиту.

С другой стороны из-за своей инертности аргон почти не реагирует с расплавом и другими газами, имеющимися в зоне горения. При сварке аргоном могут применяться не только плавящиеся, но и неплавящиеся электроды, такие, как стержни из вольфрама. Диаметр этих электродов, зависящий от характера сочленяемых заготовок из цветного металла, подбирается по специальным таблицам:

Известные приёмы аргоновой сварки делятся на ручные методы с использованием вольфрамовых электродов и автоматические (с применением как неплавящихся, так и плавящихся рабочих стержней).

Оборудование и технология

Основным рабочим инструментом аргоновой сварки является газовая горелка, в центральную часть которой вставляется стандартный вольфрамовый электрод с вылетом порядка 2-5 миллиметров.

Он фиксируется посредством специального держателя, рассчитанного на стержни произвольного диаметра. Подача газа к месту сварки цветного металла осуществляется с помощью керамического сопла.

Необходимая температура в рабочей зоне обеспечивается за счёт мощной электрической дуги. В процессе её горения формируется сварной шов, получаемый посредством специальной присадочной проволоки.

Тип присадочного материала выбирается с учётом его соответствия составу цветного металла, подлежащего сварке.

Основными достоинствами аргонового метода являются его универсальность и возможность получения достаточно качественного шва. Его относительным недостатком является необходимость подготовки целого комплекса вспомогательного оборудования, включающего в свой состав газовые баллоны с редукторами нескольких типов, шланги необходимой длины и специальные горелки.

Меры безопасности

Все описанные методы предполагают применение специальных защитных средств (спецодежды, сварочного щитка и рукавиц), в отсутствии которых допуск к работам просто не будет оформлен.

Помимо этого, в целях безопасности (независимо от используемого метода) в помещении, где проводятся работы, должна иметься принудительная вентиляция.

Образующиеся при сварке цветных металлов соединения вредны для здоровья человека, поскольку они очень токсичны.

Также стоит напомнить, что при обработке сплавов цветных металлов нередко приходится прибегать к предварительному прогреву деталей, что объясняется их высокой теплопроводностью. Подогрев осуществляется в печах особой конструкции со встроенными датчиками, обеспечивающими контроль рабочей температуры.

Методы сварки цветных металлов

Main Menu

Сварка цветных металлов

СПОСОБЫ СВАРКИ

Цветные металлы и их сплавы широко применяются в техни­ке для изготовления сварных конструкций и отдельных деталей машин и механизмов. Путем сварки ликвидируются дефекты от­ливок из цветных металлов и их сплавов, что также имеет боль­шое значение для производства. Сварка цветных металлов и их сплавов требует тщательной подготовки и правильного подбора электродов, присадочного металла, флюсов или покрытий, а также режимов сварки и по­следующей термической, термомеханической или механической обработки. При сварке необходимо учитывать высокую теплопроводность большинства цветных металлов и их сплавов, что может приве­сти к непроварам и появлению пор. Кроме того, при температу­ре плавления цветные металлы быстро окисляются. Это приво­дит к загрязнению наплавленного металла окислами, что может снизить прочность сварного соединения. Сварка цветных металлов производится металлическими электродами с применением флюсов, электродами со специаль­ными покрытиями, угольными (графитовыми), а также вольфра­мовыми электродами в среде защитных газов. Сваривают изделия из меди, латуни (сплава меди с цинком), бронзы. Сварку широко применяют также для изделий из алю­миния, силумина (сплава алюминия с кремнием), дюралюминия (сплава алюминия с медью, магнием и марганцем). В последние годы сварные изделия изготовляются из алюминиево-марганцовых и алюминиево-магниевых сплавов.

СВАРКА МЕДИ

Медь обладающая высокой теплопроводностью, электропро­водностью и химической стойкостью, применяется при изгото­влении кристаллизаторов для непрерывных процессов разливки металла, электрошлакового переплава и электроалюминиево-марганцоличного рода электрических устройств, узлов химических аппаратов, доменных фурм и других изделий. При ручных способах медь сваривают угольными или метал­лическими электродами с применением флюсов и покрытий, а также применяют сварку в среде защитных газов. Сварка угольным электродом. При сварке меди угольным электродом в качестве присадочного металла следует применять прутки с содержанием до 0,2% фосфора, до 1%’ серебра, осталь­ное медь. В качестве флюса берется смесь состава (в % повесу). Обезвоженная бура Борная кислота. Поваренная соль70 10 20

В случае применения в качестве присадки проволоки из обыч­ной электролитической меди необходимо применять флюс следующего состава (в % по весу): Обезвоженная бура. Борная кислота. Фосфорнокислый натрий Наличие во флюсе фосфорнокислого натрия обеспечивает более полно удалении кислот из расплавленного металла. При сварке меди для обеспечения хорошего проплавления основного металла и следующего с присадочным применяют предварительный подогрев. Когда сваривают простые узлы не­больших размеров (приварка наконечников, сварка шин), подо­грев может быть выполнен непосредственно угольной дугой Изделия громоздкие следует предварительно подогревать до температуры 500° С в электрических печах с защитной атмосфе­рой. В качестве защитного газа может быть использован азот. Необходимость нагрева в защитной атмосфере вызывается тем, что медь интенсивно окисляется при нагреве выше 400° С. Обра­зующаяся при этом закись меди (СигО) растворяется в металле и медь становится хрупкой. 50 35 15 Сварка угольным электродом меди толщиной до 4 мм про­изводится без скоса кромок «левым» методом. При этом методе сварки электрод размещается между наплавленным и присадоч­ным металлом. Медь толщиной более 4 мм сваривают «правым» методом, со скосом кромок. Угол разделки в этом случае берет 704-90°. При «правом» методе сварки присадочный металл раз­мещают между наплавленным металлом и электродом. Сборка узлов и изделий из меди должна обеспечить в местах наложения швов минимальные зазоры, не превышающие 0,5 мм. Для предупреждения протекания металла и сквозных прожогов Заказ 323 Толщина металла в мм Присадочный металл Диаметр электрода в мм. диаметр в мм сечение в мм угольного графитового стержня.

Сварка производится в нижнем положении с соблюдением следующей последовательности: после предварительного подогрева поверхности в месте сварки осыпает флюсом на участок, прогревается электрической дугой до оплавления, затем производится подача металла.

В процессе заполнения шва концом присадочного металла в сва­рочную ванну дополнительно вносится флюс. При этом присадочный металл, расплавленный теплом дуги, должен хорошо сплавляться с основным металлом. При недостаточной температуре прогрева места сварки при­садочный металл свертывается в шарики, что приводит к непроварам. Заполнение шва следует производить по возможности за один проход. В случае многослойной сварки в наружных слоях шва возможно образование пор. После сварки наплавленный металл следует проковать и подвергнуть отжигу с нагревом до 500-550° С и охлаждением в воде. Проковка и отжиг с быстрым охлаждением повышают вязкость наплавленного металла. Сварка металлическим электродом. При сварке меди металлическим электродом подготовка, подогрев изделия и по­следующая обработка сварного соединения производятся так же, как и при сварке угольным электродом. Для сварки меди могут быть рекомендованы электроды марки ЗТ Балтийского завода [И], представляющие собой стержень из бронзы КМц-3-1 (3% кремния, 1%марганца, остальное медь) с покрытием следующее го состава (в % по весу):Металл, наплавленный электродами ЗТ, имеет несколько большую прочность, чем медь и хорошую пластичность. При не­обходимости получения наплавленного металла, близкого по со­ставу с основным, для сварки меди могут быть рекомендованы электроды завода «Комсомолец». При изготовлении этих электродов применяется проволока марок М1Ч-МЗ и покрытие состава (в % по весу): Плавиковый шпат Полевой шпат Ферромарганец Ферросилиций (75-процентный)

Толщина покрытия 0,4 . сварка меди электродами ЗТ и «Комсомолец» производится на постоянном токе обратной полярности, короткой дугой при перемещении электрода лишь по­ступательно (без колебаний). Сила тока должна быть достаточ­ной для обеспечения сваривания.

Цель питание постов следует осуществлять от генераторов ПС-500 или многопостовых генераторов. При этом для повышения качества рекомендуется применять в качестве флюса борный шлак. Борный шлак получают путем сплавления без доступа воздуха 5% магния и 95% прокаленной буры. Сварка в среде аргона и азота производится вольфрамовым или угольным электродом с помощью специального электродного держателя, обеспечивающего подачу в зону горения дуги защит­ного газа. Схема процесса сварки меди в среде защитных газов представлена.

СВАРКА ЛАТУНИ

Латунь сплав, содержащий меди 554-75%’и цинк. Специ­альные сорта латуни могут содержать небольшое количество кремния, олова и других элементов,При сварке латуни основное затруднение связано с выгора­нием цинка, который начинает кипеть и интенсивно испаряться при температуре выше 905° С. Пары цинка быстро окисляются на воздухе и выпадают в виде белого налета на окружающие предметы. Окислы цинка ядовиты, что вызывает необходимость применять специальные меры по технике безопас­ности, рассматриваемые в гл. XIII. Сварка латуни может быть выполнена всеми способами, применяемы­ми для сварки меди. Сварку латуни уголь­ным электродом следует производить с применением прессованных или литых прутков из латуни типа ЛК, содержащих, кроме меди и цинка, кремний. Содержание меди в присадочных прутках должно быть примерно таким же, как и в основном металле. Содержание кремния должно составлять до 3%. При сварке латуни необходимо применять флюсы. В каче­стве флюса используется смесь состава (в % по весу): хлористый калий.

На первый слой после просушки его и прокала наносится второй, толщиной 9-1 1 мм, из сборного шлака и жидкого стекла.-2 производят электродами ОБ-5. Литые стержни этих электродов имеют следующий состав (в % по весу).

На 107 г сухой смеси берется 354-40 г, а плотно­стью 1,3. Смесь тщательно перемешивается с добавлением воды и наносится на стержень. После сушки, которая производится при температуре 20-25° С до полного затвердевания покрытия, электроды прокаливаются в течение 1 часа при температуре 200-250° С. Дефекты на деталях из латуни марки ЛМцС-58-2-2, после их тщательной подготовки, завариваются без подогрева детали. Сварка производится в нижнем или полувертикальном поло­жении на постоянном токе обратной полярности, при силе тока 2004-225 а для электрода диаметром 6 мм.

СВАРКА БРОНЗЫ

Бронза – сплав меди с оловом, алюминием, кремнием, мар­ганцем и цинком. В зависимости от содержания этих добавок бронзы подразделяются на оловянные бронзы, содержащие 8- 10% олова, 2-4% цинка, остальное медь, и специальные бронзы, к которым относятся алюминиевые, железомарганцевые, марган­цовые, кремнистые и др. Сварка бронз может производиться как угольными, так и ме­таллическими электродами. Бронзовые детали перед сваркой рекомендуется подогревать до 200-550° С. При этом более вы­сокая температура подогрева берется для деталей сложной кон­фигурации. Для простых деталей в виде втулок температура предварительного подогрева может быть взята меньшей. Сварка бронз производится при исправлении дефектов отливок, ремон­те поломанных и изношенных деталей, а также при соединении частей изделий сложной формы. Такие изделия называют сварнолитыми. Сварка бронз производится в нижнем или полувертикальном положении. При сварке стыковых швов и заварке сквозных де­фектов следует применять подкладки для предупреждения про­текания металла. Подкладки делают из стальных листов, асбес­та, огнеупорной глины. Форма подкладок должна соответст­вовать конфигурации внутренней стороны детали в месте сварки. Сварка оловянных бронз. При сварке оловянных бронз уголь­ным электродом в качестве присадочного металла следует брать прутки, отлитые в кокиль, следующего состава: 95-96% меди, 3-4% кремния, 0,25% фосфора. В качестве флюса применяют прокаленную буру или борный шлак. При сварке металлическим электродом бронз типа Бр. ОЦСН-3-7-5-1 (оловянная-цинковая-свинцовая-никелевая), Бр. ОСЦ-6-6-3, Бр. ОЦН-Ю-2-1,5 на Уралмашзаводе применяют электроды ОБ-5, рассмотренные в предыдущем параграфе. После заварки деталь укрывается асбестом для медленного охлаждения, что предотвращает образование трещин и снижает остаточные напряжения. Сварка специальных бронз. При сварке специальных бронз угольным электродом в качестве присадочного металла чаще всего берут прутки состава, одинаково о с основным металлом. При сварке кремнистых бронз в качестве флюса рекомендуется применять прокаленную буру, при сварке фосфористых бронборный шлак. При сварке алюминиевых бронз необходимо при­менять флюс, рекомендованный для сварки алюминия и его сплавов (см. параграф 5 настоящей главы). При сварке специальных бронз металлическим электродом состав электродного стержня выбирается в зависимости от со­става основного металла. Так, в случае сварки фосфористой брон­зы рекомендуется применять стержни состава: 0,5-1,0% фосфо­ра; 9,0-11,0% олова, не более 0,75% примесей и остальные медь. При сварке алюминиевой бронзы применяются прутки соста­ва: одинаковое количество с основным металлом алюминия, мар­ганца 1,5-2,5%, остальное железо и медь. Состав применяемых покрытий см. в параграфе 5 настоящей главы. Сварку бронз металлическим электродом рекомендуется производить на постоянном токе обратной полярности. Сила тока принимается из расчета 40 а на 1 мм диаметра электрода.

Сварка цветных металлов. Применяемые ГОСТы. Особенности процесса, основные виды и технология их сварки

Требования, типы соединений и другая информация, относящаяся к процессу сварки цветных металлов, содержится в ГОСТах, обязательных для выполнения.

ГОСТы

Дуговая сварка алюминия и сплавов в инертных газах:

Дуговая сварка трубопроводов из меди и медно-никелевого сплава:

Отличительные черты

Сварочный процесс (тип соединения и технология) цветных материалов зависит от их свойств, а именно:

• плотности;
• температуры плавления;
• химической активности;
• механических показателей;
• температуры кипения;
• теплопроводности.

Некоторые особенности поведения цветных металлов и сплавов при сварке отражены в таблице.

• перегрев и испарение металла;
• возникновение пор и изменение состава материала в сплавах

• затруднение сварочного процесса;
• снижение физико-механических характеристик сварного шва;
• загрязнение оксидами сварочной ванны

Оборудование

Применяемое оборудование для сварки цветных металлов зависит от их вида и метода сварки.

К сварочным принадлежностям и инструментам относятся:

• стол сварочный или устройство для сборки и закрепления элементов;
• источник тока;
• сварочный прибор;
• дополнительные элементы и устройства (в зависимости от типа сварки);
• кабель;
• вещи сварщика (костюм, маска);
• различные инструменты;
• средства пожаротушения.

Технология процессов

Методы сварки цветных металлов выбираются в соответствии с их физико-химическими свойствами. При выборе способа учитывают наличие:

• необходимой оснастки;
• сварочных материалов.

Также учитывается экономическая и техническая целесообразность метода и квалификация технологов и сварщиков.

Таблица свариваемых цветных металлов и применяемых типов сварки.

Подготовка к работе

Процесс подготовки к проведению сварочных работ цветных металлов зависит от вида соединяемых материалов и типа сварки.

Перед началом работы производится подготовка деталей. Выполняется зачистка плоскостей и кромок в соединяемых местах от загрязнений и пленки окиси. В случае необходимости поверхность обезжиривается, промывается и просушивается.

Сварка алюминия

Сложность процесса заключается в наличии на поверхности алюминия и его сплавов оксидной тугоплавкой пленки, которую перед началом работ необходимо удалить.

• дуговая;
• автоматическая и полуавтоматическая по слою флюса;
• в инертных газах;
• газовая;
• электрошлаковая.

Наиболее часто применяемый вид – ручная и механизированная сварка в защитных газах. Особенности процесса:

• электроды – вольфрамовые и плавящиеся;
• инертные газы: аргон (1 или 2 сорта), высокой чистоты гелий или их смесь.

В соответствии с маркой сплава подбирается присадочная проволока.

Ручной аргонодуговой метод неплавящимся электродом применяется при толщине алюминия до 10 мм и ведется на переменном токе. Способ плавящимся электродом проводится в аргоне или смеси гелия и аргона, ток – постоянный, обратной полярности. Процесс механизированной сварки проводится с фторидно-хлоридными флюсами. Метод автоматической сварки по флюсу одним электродом выбирают при толщине алюминия 5-10 мм. При толщине, превышающей этот диапазон, берут расщепленный электрод, обеспечивающий надежный провар.

При работе с металлами более 10 мм толщиной уместен метод полуавтоматической сварки плавящимся электродом в среде защитного газа. В процессе работы швы большой протяженности разбиваются на небольшие участки.

Метод автоматической сварки вольфрамовым электродом в инертных газах может быть однодуговым (толщина материала до 12 мм) или трехфазным (более 12 мм). С целью получения высококачественных швов работу выполняют одним проходом.

Электрошлаковая сварка производится пластинчатым электродом. Ток – переменный, используют флюсы.

Особенности сварки ручной дуговой покрытыми электродами:

• толщина алюминия – более 4 мм;
• ток – постоянный, полярность – обратная.

Необходим предварительный подогрев металла.

Ручная дуговая сварка угольными электродами на постоянном токе прямой полярности применяется для соединения неответственных конструкций. На присадочный пруток и соединяемые кромки накладывается слой флюса.

Газовая сварка выполняется с флюсами, левым способом. Применяется для соединения элементов встык.

Соединение меди и никеля

Медь и никель относятся к тяжелым цветным металлам.

Сварка меди

Плохая свариваемость обусловлена:

• чрезмерной склонностью к образованию трещин;
• жидкотекучестью;
• высокой теплопроводностью.

Поэтому основная сложность – получение сварного шва без трещин, пор и окисных включений.

Наиболее используемые методы сварки:

1. Ручная дуговая– проводится короткой дугой, электрод – плавящийся покрытый. Ток – постоянный, полярность – обратная. Сплавы до 4 мм соединяются без проведения подогрева. Медь толщиной 5-10 мм заблаговременно подвергается подогреву до 250-300° С.
2. В защитных газах проводится неплавящимся электродом. Ток – постоянный прямой полярности (для меди) и переменный (для бронзы). Дуга при работе защищается азотом, гелием, аргоном или их смесью.
3. Под флюсом угольными электродами используется для работы с малоответственными деталями, толщина которых менее 15 мм. Графитовые электроды используют при толщине выше 15 мм. Ток – постоянный, прямой полярности.

Сварка никеля

1. Дуговая вольфрамовым электродом (прямой полярности постоянный ток). Защитный газ – аргон 1 сорта, присадочная проволока с содержанием марганца. Сварка никеля толщиной более 4-5 мм проводится плавящимся электродом.
2. Механизированная под флюсом сварка (ток постоянный, полярность – обратная). Применяемые флюсы – бескислородные или безокислительные, реже – керамические.
3. Метод ручной дуговой сварки толстопокрытыми электродами (постоянный ток обратной полярности). Работа с тонким металлом производится угольным электродом с флюсом.
4. Газовая – для сварки деталей небольших размеров до 4 мм толщиной.

Сварка свинца

Основные причины сложности сварки свинца – его низкая температура плавления и образование тугоплавких окислов с высокой температурой плавления. Применяемые типы сварки:

1. Газовая ацетилено-кислородная. Применяют флюсы и присадочную свинцовую проволоку или полосы листового свинца.
2. Ручная дуговая угольным электродом в среде защитных газов неплавящимися и плавящимися электродами. Производится короткой дугой. Ток – постоянный, полярность – прямая.

Соединение сплавов из титана

Химическая активность материала к газам при высокой температуре является основной проблемой сварки титана. Поэтому при работе требуется защита от атмосферного взаимодействия всех участков материала, нагретого выше 500° С.

1. Дуговая в среде инертных газов неплавящимся и плавящимся электродом. С постоянным током прямой полярности. Газ – аргон или гелий.
2. Сварка плавящимся электродом проводится за два прохода с постоянным током обратной полярности.
3. Способ под флюсом производится на оборудовании с постоянным током, полярность – обратная.
4. Электрошлаковая с использованием бескислородных флюсов применяется для соединения титана толщиной более 40 мм.

Источники:

http://svaring.com/welding/soedinenie/svarka-cvetnyh-metallov
http://electrowelder.ru/index.php/svarkasvetnyh
http://elsvarkin.ru/texnologiya/vidy/svarka-cvetnyx-metallov/