Температура пламени — один из наиболее важных параметров, влияющих на процессы нагрева и плавления металла.

Неоднородность химического состава пламени вдоль его оси и в поперечном сечении вызывает различие в значениях температу­ры его отдельных зон. Большинство газообразных углеводородов имеют максимальную температуру пламени в той части его сред­ней зоны, которая находится непосредственно вблизи ядра (рис. 1,4). Так как средняя зона, состоящая из оксидов углерода и водорода, обладает к тому же восстановительными свойствами, о сварку осуществляют именно этой зоной, располагая горелку їх, чтобы ялро пламени отстояло от поверхности металла па рас — ■т-пше 2….3 мм.

Расстояние, мм Тем пери гурії К

Нагрев металла пламенем обусловлен вынужденным конвек­тивным и лучистым теплообменом между потоком горючей смеси пламени и соприкасающимся с ним участком поверхности метал­ла. Доля лучистого теплообмена невелика: она составляет 5… 10 % общего теплообмена между пламенем и металлом. Преобладает вынужденный конвективный теплообмен, интенсивность которого зависит в основном от разности температур пламени и нагревае­мой поверхности металла, а также скорости перемещения потока газов пламени относительно этой поверхности.

В общем виде удельный тепловой поток пламени ду, Вт/м2, пред — ставляющий собой количество теплоты, вводимой пламенем в металл за единицу времени через единицу площади нагреваемой поверхности, согласно правилу Ньютона определяется как

<?у=а(7;- Г),

где ct — коэффициент теплообмена между пламенем и металлом, равный сумме коэффициентов вынужденного конвективного и лучистого теплообмена, Вт/(м2- К); Гп — температура потока га­зов пламени, К; Г — температура поверхности металла, на кото­рую направлен этот поток, К.

Коэффициент а, зависящий от температуры металла, в про­цессе его нагрева уменьшается.

Газовый поток пламени, соприкасаясь с поверхностью метал­ла, растекается и нагревает ее значительный участок, называе­мый пятном нагрева. Характер распределения удельного теплово го потока пламени по этому пятну зависит от упп наклона пламе­ни, расстояния от сопла горелки до нагреваемого металла и сред­ней скорости истечения горючей смеси из сопла

Эффективная тепловая мощность пламени (количество тепло ты, вводимой им в металл за единицу времени, новном от расхода горючего газа) при увеличени стает (рис. 1.5).

Эффективность нагрева металла газовым плам

ся эффективным КПД щ, пламени, представляющим собой отно

Г’пс. 1.5. Зависимость эффектноной ісиловой мо він ости пламени в про — лессе нагрева металла от расхода

ш.-милена ^материал ■■ ■ шшешна из ::■! ікпуідвралистой стали размером от % х (і мм: скорое і и сварки ■■! ■-■i! ii vi од! га клона і one ми к

на, шов) расходуется около 45 % подводимой тепловой энергии. При увеличении толщины свариваемого металла или его тепло­проводности составляющая расхода теплоты на его нагрев вне рас­плавляемой зоны увеличивается.

Важное значение для проплавления металла и управления па­раметрами сварочной ванны имеет и механическое действие пла­мени, максимальное по его оси. В сварочных горелках большой мощности давление газов пламени составляет 10 кПа.

Газовая сварка плавлением ввиду ее меньшей производитель­ности и тепловой эффективности по сравнению с дуговой приме­няется в основном для соединения стали малой толщины, чугуна и некоторых цветных металлов.

Размеры и форма кристаллитов металла шва при газовой свар­ке в большей мере зависят от ряда факторов, нс поддающихся точному учету:

• степени перегрева и скорости охлаждения металла;

• числа содержащихся в жидкой ванне мельчайших металли­ческих включений, которые могут служить центрами кристалли­зации;

• перемешивания жидкого металла газовым потоком или кон­цом присадочной проволоки;

• выделения из жидкой ванны газов и т. п.

Чем меньше перегрев металла при сварке и выше скорость его охлаждения, тем мельче зерно стали и лучше механические свой­ства металла шва. С этой точки зрения газовую сварку целесооб­разно проводить с максимально возможной скоростью.

В основном металле, в непосредственной близости от шва, вы­полненного газовой сваркой, возникает зона термического влия­ния (ЗТВ), состоящая из таких же характерных участков, какие образуются и при других способах сварки плавлением. Однако ши­рина этих участков при газовой сварке значительно больше, чем при дуговой, вследствие длительного теплового воздействия пла­мени на металл, которое к тому же характеризуется тепловым потоком, распределенным по большой площади поверхности сва­риваемого металла.

Ширина зоны термического влияния зависит от толщины свари­ваемого. металла, а также от способа и режима газовой сварки. Например, при правом способе сварки стали относительно боль­шой толщины ширина ЗТВ меньше, чем при левом, а при том же способе сварки стали малой толщины (1… 3 мм) наблюдается об­ратное соотношение.

Режим сварки определяется в основном мощностью горелки и скоростью перемещения пламени. При нормальной мощности го­релки и максимально возможной скорости сварки ЗТВ имеет мень­шую ширину, чем при заниженной мощности и малой скорости сварки. В зависимости от значений приведенных параметров ЗТВ при газовой сварке низкоуглеродистой стали может составлять

5.. .30 мм.

На рис. 5.3 показаны поперечное сечение стыкового сварно­го соединения при однослойной сварке низкоуглеродистой ста­ли, кривая распределения температуры по поверхности свар­ного соединения в момент, когда металл шва находится в рас­плавленном состоянии, и схематично — структуры различных участков ЗТВ после сварки, образующиеся в ходе термического цикла сварки.

Данная схема является условной, так как распределение тем­пературы по поверхности сварного соединения во время охлажде­ния меняется.

Рассмотрим строение зоны термического влияния сварного шва ке низкоуглеродистой стали. Этот участок, по существу, я местом сварки. Его протяженность, зависящая от спо — зки, состава и свойств металла, обычно не превышает войства металла в ЗТВ могут оказывать решающее влия — ойства всего сварного соединения.

істке перегрева металл нагревался в интервале темпера — 1573 К до линии солидуса. Металл, нагретый выше тем — Ас3, полностью переходит в состояние аустенита, при і сходит рост зерна, размеры которого увеличиваются тем «м выше температура металла.

«продолжительная выдержка металла при температурах 3 К приводит к значительному увеличению размера зе-
реф. Крупнозернистая структура металла на этом участке нагрева ле охлаждения может привести к образованию неблагоприят — видманигтеттовой структуры.

Металл, нагретый незначительно выше температуры Ас3, име — нелкозернистую структуру с хорошими механическими свой — ами. Этот участок называется участком нормализации (пере- исталлизации). На участке неполной перекристаллизации ме — нагревался до температуры, заключенной между Ас і и Ас3. характеризуется почти неизменным по своим геометрическим аметрам ферритным зерном и некоторым измельчением и из — ением формы зерна на перлитных участках.

Металл, нагревавшийся в интервале температур от 773…973 К Ас! (участок рекристаллизации), по структуре незначительно ичается от основного. Если до сварки металл подвергался шта- ческой деформации, то при нагреве в нем происходит сращи — ие раздробленных зерен основного металла — рекристаллиза — При значительной выдержке при этих температурах может ечаться значительный рост зерен. Механические свойства это — уіастка металла могут несколько ухудшиться вследствие разу- чнения при снятии наклепа.

При нагреве металла в интервале температур 373…773 К (уча — к старения) его структура в процессе сварки нс претерпевает имых изменений. Что касается некоторых сталей с повышен — содержанием кислорода и азота (обычно кипящих), то их ев до температур 423…623 К сопровождается резким сниже­нием ударной вязкости и сопротивляемости разрушению.

5.4. Напряжения и деформации

В результате менее концентрированного ввода теплоты по срав­нению с дуговой сваркой объем нагретого металла при газовой сварке значительно больше. В первую очередь это приводит к зна­чительному увеличению временных деформаций, возникающих в пе£ иод выполнения сварочной операции.

временные деформации в ряде случаев становятся настолько большими, что мешают нормальному ведению процесса сварки. Если, например, кромки, подлежащие сварке, расходятся на зна­чительное расстояние, то при сварке тонколистового металла встык и внахлест в самом процессе сварки приходится осуществлять правку местным прижимом или ударами.

Развитие деформаций во времени происходит с опережением выполнения самого шва, в связи с чем соединяемые сваркой эле­менты получают необратимые искажения. Суммируясь с дефор­мациями, происходящими при последующем охлаждении, оста­точные деформации после газовой сварки вызывают, как прави­
ло, большее искажение формы сварных узлов, чем после дуговой. Жесткое закрепление элементов перед газовой сваркой в боль­шинстве случаев не дает желаемого результата. Более того, их за­крепление вне шва приводит при нагреве к пластическому сжа­тию металла в зоне вблизи шва, имеющей значительные разме­ры, что может даже увеличить деформации. Если же закрепление осуществлять вблизи свариваемых кромок, то большие пласти­ческие деформации, образовавшиеся при нагреве, могут привес­ти к разрушению сварного соединения при охлаждении.

Газовая сварка недостаточно жестких сварных конструкций ча­сто не позволяет получить изделия требуемой формы. При газовой сварке швов в жестких контурах возможность возникновения тре­щин возрастает по сравнению с дуговой сваркой в связи с увели­чением размеров области пластических деформаций металла в зоне нагрева.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные реакции, протекающие в сварочной ванне.

2. Оксиды каких металлов хорошо восстанавливаются газами средней зоны сварочного пламени?

3. Какие требования предъявляют к сварочным флюсам?

4. Какова типичная для газовой сварки структура сварного шва?

5. Каковы особенности структуры околошовной зоны при газовой свар­ке?

6. Перечислите причины искажения формы изделий при газовой сварке.

ГЛАВА 6

ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ

6.1. Типы сварных соединений

При сварке металла малой толщины (до 2 мм) применяют со­единение встык без разделки кромок и без зазора или соединение с отбортовкой кромок, выполняемое без присадочного металла (рис. 6.1, а). При толщине металла 2…5 мм соединение можно осуществлять без разделки кромок, с зазором между свариваемы­ми элементами (рис. 6.1, б). Если сваривается металл значитель­ной толщины (свыше 5 мм), то предпочтительны стыковые со­единения, выполняемые в зависимости от толщины металла с односторонней (рис. 6.1, в) или двусторонней (рис. 6.1, г) раздел­кой кромок.

Широкое распространение при сварке металла малой толщи­ны получили торцевые (рис. 6.1, з) и угловые (рис. 6.1, и) соеди-

Рис. 6.1. Типы сварных соединений:

а — стыковые без разделки кромок и без зазора; 6 — стыковое без разделки кромок, с зазором; в — стыковые с односторонней разделкой кромок; г — сты­ковые с двусторонней разделкой кромок; д — нахлестни ное; с — тавровое без зазора; ж— тавровое с зазором; з — торцевые; и — угловые; S — толщина сва­риваемого металла

нения. Торцевое соединение, как и соединение с отбортовкой кро­мок, обычно выполняют без присадочного металла. В этом случае шов формируется из расплавленного материала кромок основно­го металла.

Положение сварного шва в пространстве может быть нижним (рис. 6.2, а) — шов выполняется в любом направлении в горизон­тальной плоскости горелкой, находящейся над швом; вертикаль­ным (рис. 6.2, б) — шов накладывается в вертикальной плоскости

Рис. 6.2. Положение сварных швов в пространстве:

а — нижнее; 6 — вертикальное; в — наклонное (а = 0…60"); г — горизонтальное на вертикальной плоскости; д — потолочное

и вертикальном направлении, снизу вверх или сверху вниз; на­клонным (рис. 6.2, в) — в наклонной плоскости, снизу вверх или сверху вниз; горизонтальным (рис, 6.2, г) — в вертикальной плос­кости л горизонтальном направлении, слева направо или справа налево; потолочньш (рис. 6.2, д) — шов выполняется в горизон­тальной плоскости, в любом направлении, над головой сварщика горелкой, расположенной под швом.

По отношению к направлению действующих усилий различа­ют швы фланговые, параллельные направлению усилия; лобовые, перпендикулярные к нему, и косые, расположенные под углом к действ; тощему усилию.

6,2. Техника и технология газовой сварки

Направление движения горелки и наклон ее наконечника по отношению к сварному шву оказывают исключительно большое влияние на эффективность нагрева металла, производительность сварки и качество сварного соединения. В соответствии с этим различают два способа газовой сварки — правый и левый.

При правом способе (рис. 6.3, а) пламя сварочной горелки 2 направлено: на шов и процесс сварки проводится слева направо. Горелкз перемещается перед присадочным стержнем /.

При левом способе (рис. 6.3, 6) пламя горелки 2 направлено от шва и процесс осуществляется справа налево. Горелка в этом слу­чае перемещается за присадочным стержнем 1.

Благодаря тому что при правом способе сварки пламя направ­лено не шов, обеспечиваются лучшая зашита сварочной ванны от воздейс твия окружающего воздуха и замедленное охлаждение ме­талла. Однако внешний вид шва лучше при левом способе, осо­бенно при сварке металла малой толщины, так как сварщик хо­рошо в тдит верхнюю кромку застывающей ванны и обеспечивает равномерную высоту и ширину валика.

Праї етика газовой сварки показывает, что при толщине стали до 3 более производителен левый способ сварки, а при боль-

Рис. 6.3. Правый (а) и левый (б) способы газовой сварки:

I присадочный стержень; 2 — горелка; 3 — направление сварки

шей толщине металла, особенно при сварке с разделкой кромок, — правый.

По результатам исследований газовой сварки стали относитель­но большой толщины (5… 12 мм) левым и правым способами Н. Н.Клебанов рекомендовал выполнять сварку, соблюдая следу­ющие условия:

• расход ацетилена для правого способа сварки, устанавливае­мый из расчета 120… 150 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла, должен быть больше, чем для левого, при использова­нии которого оптимальный расход газа составляет 100… 130 дм3/ч;

• угол скоса кромок при правом способе сварки может быть примерно на 10… 15° меньше, чем при левом;

• при сварке с уменьшенным углом скоса кромок горелку не­обходимо перемещать поступательно вдоль шва, без поперечных колебаний, тогда как присадочной проволокой следует выпол­нять колебательные движения, способствующие лучшему переме­шиванию ванны и формированию шва требуемой ширины;

• при правом способе сварки угол наклона мундштука горелки должен быть на 10…20° больше, чем при левом.

Зона термического влияния при правом способе сварки стали указанной толщины меньше, чем при левом. Вследствие лучшей защиты от воздействия воздуха и замедленного охлаждения ме­талл сварного шва, выполненного правым способом, отличается повышенной плотностью и более благоприятными механически­ми свойствами.

Сварка швов в различных пространственных положениях. Про­цесс формирования шва при газовой сварке в значительной мере зависит от давления газового потока пламени, движения конца присадочной проволоки, силы тяжести, действующей на каплю расплавленного металла, и силы его поверхностного натяжения. Однако следует иметь в виду, что при сварке швов в нижнем по­ложении влияние двух последних факторов несущественно.

По данным А. Н. Шашкова, давление газового потока пламени на сварочную ванну при скорости истечения смеси 120… 150 м/с может составлять 10… 12 кПа. Этого давления достаточно для ин­тенсивного перемешивания расплавленного металла и оттесне­ния его в хвостовую часть ванны.

При сварке швов в вертикальной и потолочной плоскостях дав­ление газового потока пламени и перемешивание ванны концом присадочной проволоки способствуют удержанию жидкого металла в ней.

В этом случае на формирование шва большое влияние оказыва­ют и два других фактора: сила тяжести капли, способствующая ее отрыву и вытеканию из жидкой ванны, и сила поверхностного натяжения, направленная в противоположную сторону и стремя­щаяся удержать каплю в ванне.

Рис. 6.4. Положение горелки и приса-
дочной проволоки при выполнении вер-
тикального шва снизу вверх:

1 — присадочная проволока; 2 — горелка;
3 — направление сварки

Выбор правого или левого спо­соба сварки обусловлен положени­ем шва в пространстве. При сварке швов в нижнем положении процесс можно осуществлять как правым, так и левым способом. В этом слу­чае выбор способа сварки опреде­ляется производительностью, кото­рая зависит в основном от толщи­ны металла. Сварку же вертикальных швов снизу вверх значи­тельно удобнее проводить левым способом, когда сварщик рас­полагает горелку и присадочный металл так, как показано на рис. 6.4. Однако иногда сварку таких швов выполняют и правым способом.

Подготовка изделия к сварке. Перед проведением газовой свар — їси кромки свариваемого изделия и прилегающая к ним зона ши­риной 5… 15 мм должны быть тщательно <«чищены до металличес­кого блеска от окалины, ржавчины, кражи, масла и других за­грязнений. Со свариваемых кромок их мэжно удалить непосред­ственно пламенем сварочной горелки. Очистка поверхности стали от окалины пламенем основана на различии их коэффициентов теплового расширения. В некоторых случатх, главным образом при сварке ответственных изделий небольшие размеров, поверхность подвергают травлению или дробеструйной обработке.

Помимо этого детали предварительно соединяют друг с дру­гом сваркой в отдельных точках, чтобы за гем в течение всего про­цесса сварки их взаимное расположение и зазор между ними ос­тавались постоянными. Эти соединения, называемые прихватка­ми, выполняют отдельными короткими швами. Длина прихваток

Направление сварки

4 2 1

.20-30 ^

5 ________ И_______ 1 …

300…500

■ В ■ ■ ■ 1 1 ■ ■

■ ‘ ■ ■

4 2

50…100

1 3 5 30…50

j Рис. 6.5. Последовательность выпол мри малой (а) и большой (6) тол

пения прихваток щи не металла

и расстояние между ними зависят от толщины свариваемого ме­талла и длины шва. При сварке небольших узлов из тонкой стали длина прихваток должна составлять не более 5 мм, а расстояние между ними — 50… 100 мм (рис. 6.5, а). При сварке толстой стали и значительной протяженности шва длина отдельных прихваток может достигать 20…30 мм при расстоянии между ними 300… 500 мм (рис. 6.5, б).

Прихватки необходимо выполнять с большой тщательностью на тех же режимах, что и процесс сварки самого шва.

Режимы газовой сварки. Наклон мундштука горелки к поверх­ности металла зависит в основном от толщины свариваемых лис­тов и теплофизических свойств металла. Чем толще металл, тем больше угол наклона мундштука. С изменением толщины стали от 1 до 15 мм угол наклона мундштука меняется в пределах 10…80°. Помимо этого угол наклона мундштука горелки зависит от тем­пературы плавления и теплопроводности металла. Чем выше тем­пература плавления и теплопроводность металла, тем больший угол наклона мундштука необходимо устанавливать при сварке. Так, при сварке меди угол наклона составляет 60… 80°, а при сварке свинца или легковоспламеняющегося магниевого сплава — 10°.

Наклон мундштука горелки может меняться в процессе сварки. В начальный момент для улучшения прогрева металла и ускоре­ния образования сварочной ванны устанавливают наибольший угол наклона (80…90°), тогда как в процессе сварки он должен соот­ветствовать толщине и виду свариваемого металла.

Расход горючего газа зависит от толщины металла и его тепло — физических свойств. При сварке низкоуглеродистых и низколеги­рованных сталей расход, здесь и далее — дм3/4, ацетилена опре­деляют по следующим формулам:

при левом способе сварки

Ка= (100… 120)8,

при правом

К = (120… 150)5, где 5 — толщина стали, мм.

При сварке чугуна, латуни, бронзы и алюминиевых сплавов расход ацетилена примерно такой же, как при сварке стали.

В случае использования одной горелки для сварки меди, имею­щей значительную теплопроводность и довольно высокую темпе­ратуру плавления, расход ацетилена устанавливают путем расчета по формуле

= (150… 200)6.

Если сварку ацетиленом выполняют двумя горелками — подо­гревающей и сварочной, что имеет место при большой протяжен­ности швов, то для подогревающей горелки
а для сварочной

Va= (120… 150)5.

Диаметр присадочной проволоки. Эта величина зависит от спо­соба газовой сварки. Для левого способа ее значение больше, чем для правого. Диаметр, мм, присадочной проволоки для сварки стали толщиной до 15 мм определяется по следующим эмпири­ческим формулам:

для левого способа сварки

d = 5/2 + 1,

для правого

d = 5/2,

где d — диаметр проволоки, мм.

При сварке стали, толщиной более 3 5 мм диаметр проволоки выбирают равным 6… 8 мм.

Движение горелки и проволоки. Значительное влияние на про­цесс формирования сварного шва оказывает характер движения горелки и присадочной проволоки.

При сварке в нижнем положении правь™ способом (без раз­делки кромок) стали толщиной, превышающей 3 мм, или при сварке стали относительно большой толщины левым способом (с разделкой кромок или без нес) обычно осуществляют движе­ния горелкой и концом присадочной проволоки, показанные на

рис. 6.6. В этом случае конец присадочной проволоки совершает движения, обратные движению сварочной горелки. Для получе­ния угловых швов нормальной формы го­релкой и присадочной проволокой произ­водят движения, показанные на рис. 6.7. В данном случае сварщик быстро переме­щает пламя и конец проволоки в области середины шва и задерживает их по краям.

При сварке правым способом (с раздел­кой кромок) металла толщиной 5 мм пла­мя горелки углубляют в зазор (рис. 6.8) и перемещают вдоль шва, без колебательных движений.

Рис. 6.6. Движения горелки и присадочной про-
волоки при сварке стали толщиной более 3 мм
в нижнем положении:

1 — движение проволоки; 2 — движение горелки;

3 — направление сварки

При сварке стали малой толщины (без отбортовки кромок) с применением присадочной проволоки получил распространение способ последовательного образования сварочных ванночек, сущ­ность которого заключается в следующем. Сварщик, сформиро­вав ванночку (при малой толщине стали ее диаметр составляет

4.. . 5 мм), вводит в нее конец присадочной проволоки и, распла­вив небольшое количество присадочного металла, выводит ко­нец из нее в среднюю зону пламени, а горелкой (несколько при­близив ее к поверхности металла) совершает резкое круговое движение, переводя ее в следующую позицию. При этом каждая последующая ванночка перекрывает предыдущую на 1/3 ее диа­метра (рис. 6.9).

В этом случае сварка осуществляется левым способом. Высоко­качественное выполнение сварного соединения, обеспечивающее исключительно гладкую и ровную поверхность шва, требует со­блюдения двух основных условий:

Рис. 6.9. Сварка методом последо­вательного образования ванночек:

1 — прихватки; 2 — сварочные ван-
ночки; 3 — направление сварки

нец присадочной проволоки для предотвращения его окис — ге следует выводить за пределы средней зоны пламени;

избежание науглероживания металла шва ядро пламени иближении его к сварочной ванночке не должно касаться рхности.

об последовательного образования сварочных ванночек, к его иногда называют, сварка каплями, позволяет полу — арные швы весьма высокого качества.

6.3. Дефекты сварных швов

Непровар шва может быть связан с загрязнением поверхности кромок основного металла, малым зазором между свариваемыми листам к, нерациональной разделкой кромок, недостаточной мощ­ностью пламени или избыточной скоростью сварки. При соедине­нии вс’ ык непровар обнаруживается в вершине угла разделки кро­мок как следствие малого угла скоса, чрезмерно большого при­туплен тя угла разделки или недостаточного зазора между свари­ваемые [и листами.

Подрез металла обнаруживается по наличию канавок по краям шва (рг с. 6.10). Причинами возникновения подрезов являются пре­вышен те допустимых значений мощности пламени и скорости, истечения горючей смеси, неравномерное расплавление приса­дочного металла, недостаточная продолжительность задержки конца присадочного стержня на краях шва при поперечных коле­баниях и т. п. Подрезы ослабляют сечение шва и поэтому являются опасными дефектами. 1

Пережог — это дефект, вызываемый высокотемпературным нагревом металла шва в’присутствии кислорода и образующийся в результате длительного воздействия пламени на ванну раеллав — ленног э металла при повышенном содержании в ней или приса­дочной проволоке оксидов, избытке кислорода в пламени или нагреве металла окислительной зоной пламени.

Пергжог металла, особенно стали, легко обнаруживается по внешнему виду шва. В процессе сварки при пережоге происходят интенсивное кипение металла в сварочной ванне и вспучивание

10. Виды подрезов в сварных стыковых (а) и угловых (х>) соеди­нениях

его при застывании. Вследствие этого на поверхности сварного шва образуются неровные бороздки, и она приобретает характер­ный вид губчатой массы.

Перегрев металла связан с длительным его нагревом пламенем выше температуры Ас3, но не имеет отношения к окислению ме­талла. Обычно перегрев происходит при медленной сварке метал­ла большой толщины.

Перегрев обнаруживается посредством металлографического исследования как самого сварного шва, так и ЗТВ сварки. Зона перегретого металла при газовой сварке стали имеет особенно большую ширину. В этом случае металл шва характеризуется круп­нокристаллическим строением, а часто и видманштеттовой струк­турой.

Пористость шва является следствием выделения газов при хи­мических реакциях, протекающих в сварочной ванне, и растворе­ния в жидком металле некоторых газов, в частности водорода, содержащихся в пламени. Однако при газовой сварке благодаря медленному застыванию металла сварочной ванны значительная часть образовавшихся газов успевает выйти на поверхность ванны. Поэтому для процесса газовой сварки пористость металла шва не является характерным дефектом.

Шлаковые включения могут возникать при загрязненной поверх­ности свариваемых кромок и присадочной проволоки, примене­нии для сварки окислительного пламени, плохом перемешива­нии жидкого металла в процессе сварки, быстром застывании ван­ны вследствие недостаточного прогрева металла и т. п. Шлаковые включения ослабляют металл шва и являются серьезным дефек­том сварки. Их определяют физическими методами неразрушаю­щего контроля.

Трещины представляют собой наиболее опасные дефекты свар­ного соединения. Они могут возникать как в самом шве, так и в ЗТВ. Предотвращению образования трещин способствуют равно­мерный нагрев свариваемого узла или детали и медленное их ох­лаждение, выполнение сварки без жесткого закрепления свари­ваемых элементов, а также соответствующий подбор присадочно­го материала и флюсов.

Контрольные вопросы

1. Каким образом формируется сварной шов при торцевом соедине­нии и соединении листов по отбортовке кромок?

2. Почему внешний вид шва при правом способе сварки лучше, чем при левом?

3. Какие силы действуют на каплю расплавленного металла присадоч­ной проволоки при сварке?

4. Какие факторы влияют на угол наклона мундштука горелки при газовой сварке?

5. От чего зависит расход горючего газа при сварке?

6. Как выбирается диаметр присадочной проволоки?

7. Какова причина пережога металла при газовой сварке?

ГЛАВА 7

СВАРКА СТАЛЕЙ

7.1. Сварка углеродистых сталей

Низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,25 % С, хорошо свариваются с помощью газовой сварки. Для этой цели применя — I ют нормальное пламя. Расход ацетилена должен составлять при левом способе сварки 100… 130 дм3/ч, при правом — 120… 150 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. В качестве присадочного материала используют сварочную проволоку Св-08, -08А, -08ГА, — ЮГА и -10Г2. Применения флюса не требуется.

При сварке возможно выгорание углерода, марганца и крем­ния, что приводит к снижению предела прочности наплавленно­го металла.

При сварке металла большой толщины и ответственных изде­лий проводят термическую обработку готовых сварных соедине­ний или изделий в целом (нормализация, низкотемпературный | отжиг).

В случае выполнения сварки окислительным пламенем исполь­зуют проволоку Св-12ГС, -08, -08Г2С, а также проволоку Св — 15ГЮ (0,5 …0,8% А1 и 1,0… 1,4% Мп) с повышенным содержа­нием раскислителей.

Сварку среднеуглеродистых сталей (0,25…0,6% С) выполняют с меньшим расходом ацетилена — 751.00 дм3/ч (для левого спо­соба сварки), применяя только нормальное пламя.

При увеличении содержания углерода свариваемость стали ухуд­шается. Если в ней содержится свыше 0,3 % С, то возможно обра-* зование трещин как в околошовной зоне, так и в сварном шве, при температурах, близких к линии солидуса (горячие трещины), и при охлаждении после сварки (холодные трещины). Повышение содержания углерода в стали способствует образованию в сплаве хрупких прослоек между зернами.

При толщине металла свыше 3 мм рекомендуется проводить общий предварительный подогрев изделия до значений темпера­туры 523.,.623 К, а также местный подогрев околошовной зоны горелками до 923 …973 К. Благоприятное влияние на структуру металла шва и околошовной зоны оказывает отпуск при темпера­турах 873… 923 К.

Улучшению механических свойств наплавленного металла при сварке среднеуглеродистых сталей способствует использование
присадочной проволоки (например, Св-ОбНЗ или — 18ХГС), леги — рованной хромом (0,5… 1,0 %) и никелем (2,0…4.0 %) при обыч­ном содержании марганца (0,5…0,8 %).

Высокоуглеродистые стали, содержащие 0,6…2,0% С, свари­ваются хуже, чем среднеуглеродистые, Приемы сварки высоко- и среднеуглеродистых сталей аналогичны. Расход ацетилена состав­ляет 75 дм3/ч. Сварку рекомендуется проводить левым способом с применением нормального или слегка науглероживающего пла­мени и присадочной проволоки из низкоуглеродистой стали. При сварке сталей, содержащих более 0,7 % С, используют флюс — буру.

Удовлетворительное сварное соединение высокоуглеродистых сталей можно получить при их толщине не более 3 мм. Сварку выполняют с общим предварительным подогревом до температу­ры 523…623 Кв сочетании с местным подогревом (923…973 К). По ее завершении проводят термообработку в режиме, установ­ленном для данной марки стали.

В ряде случаев для соединения высокоуглеродистых сталей вме­сто сварки целесообразно применять пайку высокотемпературны­ми припоями.

В низколегированных сталях перлитного класса общее содержа­ние легирующих компонентов не превышает 2,5 % (без учета уг­лерода). Низколегированные стали марок 10ХСНД и 15ХСЯД — типичные представители этого класса сталей — характеризуются повышенной прочностью, хорошей свариваемостью и высокой устойчивостью к атмосферной коррозии.

В настоящее время эти стали сваривают в основном дуговой сваркой специальными электродами или плавящимся и неплавя — щимся электродами в среде защитного газа. Однако в некоторых случаях прибегают к газовой сварке.

Газовую сварку низколегированных сталей выполняют нормаль­ным пламенем. Расход ацетилена при левом способе сварки со­ставляет 75… 100 дм3/ч, при правом — 100… 130 дм3/ч. Использу­ют проволоку Св-08, -08А и -08Г2С; флюс не применяют. После сварки для улучшения механических свойств наплавленного ме­талла проводят термообработку, включающую в себя нормализа­цию металла шва нагревом горелкой и охлаждение на воздухе.

Основная задача при сварке теплоустойчивых молибденовых, хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей — получе­ние в сварном соединении металла, аналогичного по свойствам основному металлу. Для этого необходимо обеспечить приблизи­тельно одинаковую структуру и химический состав основного и наплавленного металлов.

Молибденовые низколегированные стали марок 15М и 25МЛ, содержащие 0,4… 0,6 % Мо, предназначены для использования при температурах до 773 К. При температурах, достигающих 813 К,
применяют хpbмомолибденовые стали I.5XM и 20XMJL, которые, содержат 0,4.Л0,6 % Мо и 0,8… 1,1% Ог; при еще более высоких температурах 7(д о 858 К) — хромомолибденЬванадиевые стали. 12Х1МФ и 15.С1М1Ф (не более 0,2 % V).

Сварку эти); сталей осуществляют только нормальным пламе­нем при расходе ацетилена 100 дм3/ч. Сварочная проволока Св-08ХНМ, — ДОНМ, -18ХМА, -10ХМ и -10МХ обеспечивает в: сварочном шеТакой состав металла, который придает соединен нию термостойкость.

Молибден,!ібудучи в данном случае карбидообразующим эле-1 ментом, повышает прочность металла без снижения его пластич­ности. Присутствие молибдена в стали уменьшает ее склонность к ползучести прС повышенных температурах, способствует форми­рованию мелкозернистой структуры сплава, увеличивает прока — ливаемрсть и предотвращает возникновение отпускной хрупкости в хромистых (талях. Хром повышает предел ползучести и жаро­стойкость молибденовой стали, образуя на поверхности тонки" слой плотных, туго плавких оксидов.

Сварку выполняют небольшими участками длиной 15…25 мм, поддерживая, Ча всем свариваемом участке температуру светло — красного каления.

Перёд сваркой кромки должны быть зачищены до металличес­кого блеска. 1 [ри толщине металла до 5 мм осуществляют одно­слойную свар су, при большей толщине — многослойную, при­чем сначала к омки стыка сваривают без добавления присадочно­го металла дл обеспечения полного провара корня шва.

Сварку еле [ует проводить с минимальным числом перерывов, а при ее возо( данном месте

523.. .573 К дг і предупреждения появления трещин.

Хромомолі бденовые стали свариваются несколько хуже, чем’ молибденовы, что обусловлено наличием в них хрома, образую-, щего тугогаш ше оксиды.

Хромокрем) гмарганцевые стали типа ЗОХГСА обладают боль­шой прочное ью, упругостью и устойчивостью к Вибрационным’ и ударным на рузкам. После термической обработки для ни* ха­рактерны вреї енное сопротивление 800 МПа, относительное уд-;

При1 газове сварке этих сталей хром и кремний частично, вы­горают, что м жет вызвать появление в шве включений оксидов и, непроваров. L ш предотвращения этих явлений применяют нако­нечник, обесг ;чиваюш. ий расход ацетилена 75… 100 дм3/ч. В Каче­стве прйеадоч гого материала используют низкоуглеродистую Про­волоку! Св-08 і -08А или легированную проволоку Св — 18ХМА — Перед свар :ой листов выполняют прихватки через 20… 30 мм — при толщине Металла 0,5… 1,5 мм и через 40… 60 мм — при тол-

шине 2 мм и более. Прихватки следует располагать на расстоянии

10.. . 15 мм от края листа или угла сварного соединения. Необходимо тщательно зачистить и подогнать кромки, а также

обеспечить одинаковый зазор между ними по всей длине шва, что проверяется шаблоном.

Сварку осуществляют в один слой. При резком охлаждении ме­талла возможно образование трещин в шве и околошовной зоне, поэтому по окончании сварки пламя следует отводить от шва мед­ленно, подогревая факелом его конечный участок в радиусе

20.. .40 мм. Сварку необходимо ввтолнять с максимально возмож­ной скоростью, без перерывов, не задерживая пламя горелки на одном месте и не перегревая металл сварочной ванны.

7.2. Сварка легированных сталей

К среднелегированным относятся стали с общим содержанием легирующих элементов 2,5… 10 %, к высоколегированным — свы­ше 10 %. По своей структуре, зависящей от содержания углерода и легирующих элементов, эти стали могут быть мартенситного, мар­тенситно-ферритного, ферритного и аустенитного классов. При их сварке необходимо стремиться сохранить первоначальный со­став и структуру стали в сварном соединении для того, чтобы его коррозионная стойкость, жаро-, износостойкость и другие свой­ства существенно не отличались от специфических свойств основ­ного металла.

Свариваемость этих сталей в значительной мере определяется их химическим составом, и особенно содержанием в них углерода. С помощью газовой сварки успешно свариваются среднелегиро­ванные стали только некоторых марок.

В сварных изделиях наиболее широко используют хромистые и хромоникслевые коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропроч­ные стали. Они находят применение, например, при изготовле­нии химической аппаратуры.

Хромистые стали могут содержать 4…30 % Сг. Стали, содержа­щие 4… 14 % Сг, относятся к мартенситному классу, 13… 18 % Сг — к мартенситно-ферритному, 23… 30 % Сг — к ферритному. Струк­тура стали зависит также от содержания углерода: его повышение способствует формированию мартенситной структуры.

При сварке многих видов высокохромистых и хромоникелевых сталей, содержащих более 0,06 % углерода, в случае недостаточно быстрого их охлаждения в интервале температур 923…723 К он диффундирует к поверхности зерен, образуя у их границ карбиды хрома. Это приводит к тому, что поверхность зерен обедняется хромом, и металл теряет устойчивость к межкристаллитной кор­розии. Она может происходить при содержании хрома менее 12 %

4 Пеленой

и ускоряться гвд влиянием внутренних напряжений, воз никак щих вследствие термического воздействия в процессе сварки. Г зовая сварка, создающая большую зону нагрева, — наименее бл гоприятный спосэб соединения коррозионно-стойких, жаропроч ных и жаростойких сталей, содержащих хром.

Для уменьшения склонности высокохромистых и хромо нике; левых сталей к трещинообразованию, межкристаллитной корро зии и росту зерна в их состав вводят более активные карбидообр зующие элементы, чем хром, а именно титан (около 0,8%) ил ниобий (до 1,2%).

Среднелегирої анные хромистые стали, содержащие до 0,15! Применяют Б инструкциях в тех случаях, когда не требуется в — сокая прочность, но необходима стойкость к коррозии.

Высоколегированные хромистые стали могут содержать д 0,35 % С. Они обладают повышенной прочностью, устойчивы коррозии и действию кислот. При длительном нагреве высокохро» мистые стали склонны к росту зерна, что снижает их прочност поэтому не рекомендуется сваривать их газовой сваркой.

Для предупреждения перегрева и уменьшения деформации хро мистых сталей их сварку выполняют нормальным пламенем с по ниженным расходом ацетилена (70 дм3/ч на 1 мм толщины метал л а). При сварке используют присадочную проволоку из стали од на ко вой марки со свариваемой или близкой к ней. Можно прим нять проволоку Св-04Х19Н9 и -06Х19Н9Т.

Сварку необходимо проводить максимально быстро, без пере рывов и повторного нагрева одного и того же участка шва плам нем горелки. Тонкие листы сваривают левым способом, более то стые — только рравым. Рекомендуется использовать флюс следу %: борной кислоты — 55, оксида кремния — 1 — 10, феррохрома — 10, ферротитана, плавик’ вого шпата и концентрата титановой руды — по 5. Флюс предо» храняет хром ог’ выгорания и способствует растворению и удал*; нию из наплавленного металла в шлак тугоплавких оксидов хр ма, титана и ниобия. После сварки рекомендуется подвергать и’ делие термообработке, режим которой предусмотрен для данно. марки стали.

Хромоникеле^ыё стали имеют низкий коэффициент теплопр: Е>{у(м-К)) и высокий коэффициент линейног О7), что вызывает значительные деформации лйй при газовой сварке.

^стичного выгорания хрома и других легирующи аложенные газовой сваркой, обычно обладаю

хромоникелсвых сталей выполняют нормаль

р і расходе ацетилена 70…75 дм-уч. Окислитель

мое пламя применять нельзя ввиду вызываемого им сильного вы­горания хрома с образованием тугоплавких оксидов. Присадочная проволока должна содержать титан или ниобий и малое количе­ство углерода. Этим условиям отвечает проволока Св-01Х19Н9, -06Х19Н9Т и -07ХІ9НЮБ.

Сварку осуществляют с максимально возможной скоростью, погрузив конец присадочной проволоки в сварочную ванну. Мож­но применять правый и левый способы сварки.

Для защиты сварочной ванны используют флюсы следующих составов, %: 1) буры и борной кислоты — по 50; 2) буры — 80 и оксида кремния — 20; 3) плавикового шпата — 80 и ферротита­на— 20.

Флюс разводят в воде и за 15…20 мин до сварки наносят в виде пасты на кромки и обратную сторону металла для предотвращения образования оксидов хрома в корне шва. Остатки флюса после сварки удаляют тщательной промывкой швов горячей водой.

После сварки рекомендуется (если позволяет конструкция из­делия) термообработка: нагрев до температуры 1323… 1373 К с последующим охлаждением в воде.

Газовую сварку целесообразно применять для хромоникелевых сталей толщиной не более 2 мм. При этом обеспечиваются удов­летворительное качество шва и довольно высокая производитель­ность. Более толстый металл рекомендуется соединять дуговой свар­кой с помощью соответствующих электродов.

Хромоникелевые аустенитные стали типа 18-8 содержат до 0,12 % С, 17… 19 % Сг, 9… 11 % Ni и до 0,7 % Ті. Они обладают высокой коррозионной стойкостью, жаростойкостью (окалиностойкостью) и жаропрочностью.

Хромоникелевые стали приобретают антикоррозионные свой­ства после термической обработки — нагрева до температуры

1323.. .1373Ки последующего быстрого охлаждения в воде или на воздухе, обеспечивающих формирование однофазной аустенит­ной структуры.

При сварке аустенитных сталей горячие трещины не возника­ют, если в наплавленном металле содержится 2,5…8,5 % феррит­ной фазы. Титан и ниобий способствуют получению двухфазной аустенитно-ферритной структуры наплавленного металла с не­большим содержанием феррита.

Хромоникелевые аустенитные стали с повышенным содержа­нием углерода (например, 4Х14Н14В2М), достигающим 0,4…0,5 %, склонные к выделению карбидов и образованию горячих трещин, свариваются значительно хуже низкоуглеродистых. Сварку этих ста­лей приходится выполнять с предварительным подогревом и ис­пользованием присадочной проволоки Св-06Х19Н9Т. По завер­шении сварки проводят термическую обработку изделия в режи­ме, предусмотренном для стали данной марки.

Контрольные вопросы

1. Какой тип пламени используют при сварке низкоуглеродистой ста­ли?

2. Каковы основные особенности сварки теплоустойчивой стали?

3. Какова роль молибдена при сварке теплоустойчивых марок сталей’

4. Каковы причины образования холодных и горячих трещин при га­зовой сварке?

5. В чем причина образования межкристаллитной коррозии при газо­вой сварке хромо]тикелевых сталей?

6. Почему при газовой сварке хромоникелсвых сталей наблюдаете^

повышенное коробление свариваемых деталей? (

ГЛАВА 8

СВАРКА ЧУГУНА

Сварке подвергают детали и изделия из серого чугуна и чугу — нов специальных марок. Средний химический состав, %, серог<

более 0,12; Р — не более 0,8. 9

В сером чугуне углерод находится в форме пластинчатого графи! та, и только часть его присутствует в химически связанном состояв ним в виде цементита Fe3C. Кремний и углерод служат графитиза-1 торами, т. с. способствуют выделению углерода в виде графита. 1 Отбеливание чугуна обеспечивается его быстрым охлаждением после сварки и наличием в нем таких элементов, как марганец! хром, ванадий и молибден. Сера является неблагоприятной при! месью в чугуне, так как повышает его вязкость, увеличивает усадкд и замедляет графитизашпо, Фосфор ослабляет вредное влияния серы, повышает жидкотекучесть чугуна и улучшает его сваривае! мость, но одновременно способствует возрастанию его хрупкостіі и твердости. I

Специальные виды высокопрочных чугунов получают путем термической обработки деталей, отлитых из белого чугуна, юли добавления в литейный чугун присадок-модификаторов (магний! силикокальций, ферросилиций и др.). Эти присадки епособству-З ют выделению графита в виде включений шаровидной формы! при наличии которых повышается пластичность чугуна и снижа-1 ется его хрупкость. |

Сварку применяют для ремонта и восстановления изношенных] чугунных деталей, а также устранения литейного брака изделий.-] Серый чугун успешно сваривается газовой сваркой. Основные за-1 труднения, связанные с получением его высококачественных свар­ных соединений, состоят в следующем.

1. При высокой скорости охлаждения возможно образование закалочных структур (мартенсит, тр о остит). При расплавлении чу­
гуна не исключены местные превращения графита в цементит (от­беливание). Выгорание кремния также способствует отбеливанию чугуна. Участки, содержащие закаленный и отбеленный металл, имеют высокую твердость и в дальнейшем не поддаются механи­ческой обработке резцом.

2. При неравномерном нагреве в процессе сварки и после нее, при остывании, образуются трещины. Чугун обладает очень малой пластичностью и под действием растягивающих термических на­пряжений, превышающих его временное сопротивление, может разрушаться. Вероятность появления трещин уменьшается в слу­чае осуществления общего равномерного подогрева изделия при сварке до температуры 573 К.

3. В расплавленном состоянии чугун жидкотекуч и полностью лишен пластичности при плавлении и затвердевании. Он перехо­дит из жидкого состояния в твердое, минуя пластичную фазу.

4. В зависимости от условий охлаждения в разных частях изде­лия может сформироваться неодинаковая структура.

5. Низкая температура плавления чугуна (1373… 1523 К) и бы­стрый переход его из жидкого состояния в твердое способствуют появлению пор в швах, поскольку при сварке выделяется боль­шое количество газообразного оксида углерода.

6. Образование тугоплавкого оксида кремния затрудняет сварку и требует применения флюса (буры) для его удаления в шлак.

На свариваемость чугуна влияет характер распределения в нем графита. Лучше сваривается чугун, в котором графит содержится в виде мелких пластинок (перлитный чугун) или имеет шаро­видную форму. При наличии мелких и средних включений гра­фита, окруженных твердым раствором углерода в железе, свари­ваемость чугуна удовлетворительная. Чугун с крупными включе­ниями графита (в виде сплошной сетки), затрудняющими со­единение основного и присадочного металлов, плохо поддается сварке.

Основная задача при сварке чугуна — получение соединения с одинаковой твердостью наплавленного метила, переходной зоны и основного металла, равнопрочного основному металлу и подда­ющегося последующей обработке режущим инструментом. При за­варивании литейных дефектов допустима более низкая прочность сварного соединения, чем у основного металла. Структура и хи­мический состав основного и наплавленного металлов должны быть по возможности одинаковыми.

Газовая сварка чугуна — один из наиболее надежных способов получения наплавленного металла, близкого по своим свойствам к основному. При тазовой сварке нагрев более длителен и равно­мерен, чем при дуговой, изделие охлаждается медленнее, что со­здает благоприятные условия для графитизации наплавки и пред­отвращает появление зон отбеленного чугуна на участках, приле-

Химический состав, %, флюсов для газовой сварки чугуна

Компонент

Номер флюса

1

2

3

4

5

Прокаленная бура NaB407- Н20

О

о

56

50

23

Углекислый натрий Na2C03

22

50

27

Углекислый калий К2С03

22′

Дцууглекислый натрий NaHC03

47

50

Кремнезем Si02

3

Азотнокислый натрий NaN03

50

100.. . 120 дм3/4- Окислительное пламя вызывает местное выгора­ние кремния и образование включений твердого белого чугуна.

Сварку следует проводить с максимально возможной скорос­тью, не отводя пламя в сторону и защищая ванну ее восстанови­тельной зоной от воздействия окружающего воздуха. Для умень­шения нагрева металла ядро пламени отводят вверх, не нарушая защиты ванны. Местная задержка пламени может привести к вы­горанию кремния и углерода в данной точке ванны и отбелива­нию чугуна.

Для удаления в шлак оксидов кремния, марганца и железа при сварке чугуна применяют флюсы. Их химический состав приведен в табл. 8.2.

При сварке чугуна, в сварочной ванне которого образуется ту­гоплавкий кислотный оксид кремния Si02 с температурой плав­ления 1983 К, для его растворения в состав флюса вводят компо­ненты, обладающие основными свойствами. Такими компонента­ми обычно служат углекислый натрий Na2C03 или углекислый калий К2С03.

Углекислый натрий и оксид кремния участвуют в химической реакции

21Ча2С03 + Si02 = Na4Si04 + 2С02.

Реакция взаимодействия Si02 с углекислым калием протекает аналогично:

2К2С03 + Si02 = K4Si04 + 2СО:.

В обоих случаях оксид кремния, связанный в виде шлака, всплы­вает на поверхность сварочной ванны.

Отметим, что при сварке серого чугуна в состав флюса часто вводят буру, обладающую сильно выраженными кислыми свой­ствами. В некоторых случаях в качестве флюса применяют буру без каких-либо добавок. Объясняется это тем, что чугун содержит зна­чительное количество не только кремния, но и углерода, что тре-

бует защиты сварочной ванны от кислорода воздуха. Бура же, рас­плавленная пламенем горелки, хорошо растекается по поверхно­сти металла и создает шлаковую пленку, достаточно надежно за­щищающую ванну от воздействия воздуха.

В то же время образующийся в результате разложения буры бор­ный ангидрид связывает оксиды железа и марганца в борнокис­лые соли FeO — В203 и Мп0-В203, всплывающие в виде Шлака на поверхность сварочной ванны.

При использовании газообразного флюса БМ-1, представляю­щего собой пары азеотропной смеси метанола с метилборатом, на поверхности расплавленного металла образуется плотная вяз­кая пленка боросиликатов, надежно защищающая сварочную ванну от попадания в не, е газов из пламени и воздуха.

Контрольные вопросы

1. Какие явления препятствуют высококачественной газовой сварке чугуна?

2. Назовите преимущества газовой сварки чугуна перед дуговой.

.3. С какой целью применяют предварительный подогрев деталей при газовой сварке чугуна?

4. Какой тип газового пламени используют при сварке чугуна?

ГЛАВА 9

СВАРКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ

9.1. Общие положения

При сварке цветных металлов и их сплавов возникает ряд за­труднений, обусловленных их физико-химическими свойствами: поглощением газов расплавленным металлом, приводящим к по­ристости шва; высокой теплоемкостью и теплопроводностью, что требует применения пламени повышенной мощности; значитель­ным линейным расширением при нагреве, сопровождающимся деформированием изделий; склонностью к окислению с образо­ванием тугоплавких оксидов, вынуждающей использовать при свар­ке активно действующие флюсы, которые защищают сварочную ванну от поступления кислорода извне, растворяют о б радующие­ся оксиды и удаляют их в шлак.

Газовая сварка представляет собой универсальный способ со­единения любых цветных металлов, однако область ее примене­ния в настоящее время весьма ограниченна в связи с низкой про­изводительностью и сложностью автоматизации процесса. Для по­лучения высококачественных соединений цветных металлов с по­мощью газовой сварки первостепенное значение имеет точное

соблюдение установленного режима и техники выполнения свар­ки, а также применение соответствующих сварочных материалов.

9.2. Сварка меди и ее сплавов

Свариваемость меди существенно зависит от наличия в ней не­желательных примесей — висмута, свинца, серы и особенно кис­лорода. Висмут и свинец образуют легкоплавкие эвтектики в обла­сти границ зерен, придающие меди хрупкость и красноломкость, т. е. способность к разрушению при высоких температурах. Сера и кислород также образуют эвтектики с более низкими температура­ми плавления, чем у меди, повышающие хрупкость последней. Если содержание серы превышает 0,1 % (она присутствует в меди в виде соединения Cu2S), то медь становится красноломкой.

Кислород входит в состав меди в виде ее оксида СигО. Ско­рость сварки влияет на процесс выделения этого оксида: при ее увеличении ширина зоны внутри шва, содержащей Си20, умень­шается.

Для изготовления сварных конструкций выпускают медь марок МО и Ml— М4, в которой содержание кислорода не превышает 0,01%.

Расплавленная медь, содержащая Си20, способна поглощать водород и оксид углерода, поскольку в ней протекают реакции

Cu20 + Н2 = 2Си + Н20,

Си20 + СО = 2Си + С02.

Пары воды и углекислый газ образуют поры в металле шва и, не имея возможности выделиться из него, при расширении могут привести к появлению микротрешин (так называемая водородная болезнь меди).

Коэффициент теплопроводности меди в 6—7 раз выше, чем у стали. Вследствие этого при сварке меди приходится применять более мощное пламя или одновременно две горелки. Сварку меди толщиной до 10 мм выполняют одной горелкой, обеспечивая рас­ход ацетилена 150 дм3/ч. При сварке меди толщиной более 10 мм не следует использовать мощное пламя одной горелки во избежа­ние перегрева металла, роста зерна и снижения прочности со­единения. В этом случае сварку нужно осуществлять двумя горел­ками: подогревающей, при расходе ацетилена 150…200 дм3/ч, и сваривающей, при его расходе 100 дм3/ч. В случае применения двух горелок сварку проводят одновременно с двух сторон шва, распо­лагая свариваемые листы вертикально.

Сварку меди необходимо выполнять с помощью строго нор­мального пламени. Его ядро должно находиться на расстоянии

3.. .6 мм от поверхности ванны. Для лучшей передачи теплоты пла­мени металлу мундштук держат почти под прямым углам к поверх­ности ванны. При сварке в вертикальном положении пламя на­правляют под углом 30° вниз от горизонтальной оси г сварку осу-;! ществляют снизу вверх.

Сварку следует проводить с максимальной скоростью, без пе­рерывов, для уменьшения количества образующегося оксида меди. J Желателен сопутствующий подогрев, ускоряющий процесс свар­ки. Прихватки швов не применяют, поскольку при повторном на­греве, во время сварки, на этих участках могут возникнуть трещи­ны. Для закрепления деталей при сварке используют соответству­ющие приспособления (кондукторы и др.).

При сварке необходимо обеспечить одновременно’; расплавле­ние кромок и присадочной проволоки, не оставляя, во избежа-1 ние окисления, расплавленные кромки не заполненными приса-] дочным металлом даже на короткое время. Плавящуюся проволо­ку, с которой металл стекает каплями, нужно держать рядом с поверхностью сварочной ванны с целью предотвращения окисле-] ния жидкого металла.

Для лучшего заполнения зазора между разделанными кромка­ми металлом и увеличения высоты шва свариваемые листы распо — лагают под углом 10° к горизонтальной плоскости с зазором, рас­ширяющимся кверху. Для предупреждения протекания жидкого металла в зазор сварку проводят на графитовой подкладке, спо­собствующей формированию обратной стороны шва.

При наложении длинных швов сварку начинают, отступив от края шва на расстояние, равное 1 /3 его длины. После выполнения 2/3 шва оставшуюся 1/3 часть сваривают в обратном направлении от начальной точки.

Сварку следует осуществлять в один слой, так как при наложе­нии второго слоя возможно появление трещин при температуре

523.. .773 К,

При сварке меди необходимо выполнять в основном стыковые соединения. Допустимы угловые соединения с внешни м швом. Со­единения встык металла толщиной до 2 мм сваривают без приса­дочного материала, с отбортовкой кромок, на графитовой или асбестовой подкладке. При толщине металла 3 мм и более создают односторонний скос кромок под углом 45“ с притуплением, со­ставляющим 1/5 толщины листа, но не менее 1,5 мм. При толщи­не свыше 10 мм проводят Х-образную разделку кромок. При свар­ке труб из меди в месте приваривания к ним патрубков осуществ­ляют вытяжку кромок основной трубы или развальцовку патруб­ков, чтобы получить стыковое соединение деталей.

Для получения высококачественного соединения при сварке меди следует применять присадочную проволоку, в состав кото­рой введены элементы-раскислители (кремний, фосфор, марга-

Химический состав, %, флюсов для газовой сварки меди

Компoneнт

Номер флюса

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Про кал енная бура

100

50

75

50

50

70

56

78

Борная юге л ота

100

50

25

35

10

4

Поваренная соль

20

22

13

Кислый фосфорнокислый наїрий

15

15

Кварцевый песок

15

Древесный уголь

20

Углекислый калий (поташ)

22

Бикарбонат натрия (сода)

5

нец). Используют также проволоку, легированную оловом и се­ребром, снижающими температуру плавления присадочного ме­талла. Такую проволоку, содержащую до 1,2% серебра, выпуска­ют согласно ГОСТ 16130—85 двух марок — Ml и MCpI. Диаметр выбираемой присадочной проволоки зависит от толщины свари­ваемого металла:

Толщина меди, мм………….. >1,5 1,5…2,5 2,5…4 4…8 8…15 >15

Диаметр проволоки, мм… 1,5 2 3 4…5 6 8

Для раскисления металла шва применяют флюсы. Их химиче­ский состав приведен в табл. 9.1.

Флюсы Ne 5 и 6, содержащие соли фосфорной кислоты, реко­мендуется применять при сварке проволокой, в составе которой отсутствуют элементы-раскислители (фосфор и кремний). Можно сваривать медь ^применением газообразного флюса БМ-1; при этом расход ацетилена повышают на 20…30 % для того, чтобы не снижать скорости нагрева и сварки.

Для измельчения зерен наплавленного металла и повышения плотности швов после сварки их проковывают. При толщине ме­талла до 5 мм проковку проводят в холодном состоянии, при боль­шей толщине — при температуре 473… 573 К. После проковки ме­талла шва его подвергают отжигу при температуре 823…873 К с последующим быстрым охлаждением в воде. Проковка и отжиг способствуют образованию мелкозернистой структуры, равномер­ному распределению эвтектики оксид меди—медь, что повышает пластичность металла шва.

Медно-цинковые ставы, содержащие 20…55% Zn, называют латунями. Сплавы с содержанием цинка менее 20 % называются томпаками. Благодаря пластичности, довольно высокой прочнос­ти, легкой обрабатываемости давлением, удовлетворительной сва­риваемости, устойчивости к коррозии, хладостойкости и ряду
других положительных свойств латуни находят іш

ние в машиностроении, особенно при изготовлении различной аппаратуры, емкостей, арматуры и других конструкций для хи­мической промышленности.

Структура и технологические свойства латунй зависят от со­держания в ней цинка. При его содержании не б|с состоит только из a-фазы. Однофазная латунь при содержании в ней не менее 20 % Zn и не более 0,03 % РЬ хорошо обрабатывается давлением как в холодном, так и в горячем состоянии.

При содержании 37 …45 % Zn латунь имеет двухфазную струк­туру — а — и (3-фазы. В холодном состоянии 0-фаза обладает боль­ней твердостью и меньшей пластичностью, чем В горячем.: При содержании в латуни более 46 % Zn она снова приобретает одно­фазную структуру, но теперь состоит только из 0-фазы.

Наличие свинца в двухфазных латунях не вызывает их горяче — з омкости. Такие латуни относятся к литейным сплавам и не под­даются обработке давлением в холодном состоянии вследствие их малой пластичности. Температура плавления латуни зависит от со­держания в ней цинка и составляет для латуни Л90 1223 К, а для Л62 — 1103 К.

При сварке латуней основные трудности связаны с поглоще­нием газов расплавленным металлом сварочной ванны, выгора­нием цинка и повышенной склонностью металла шва и около — повной зоны к образованию трещин и пор. Для устранения при­чин возникновения указанных трудностей и получения высокока­чественных сварных соединений необходимо применять специ­альную технологию сварки, соответствующие присадочные мате-‘ риалы и флюсы.

Испарение цинка при сварке латуни зависит от его содержа­ния в сплаве. Так, при 20 %-ном содержании Zn температура его кипения равна 1573 К, а при 40 %-ном — 1273 К. Цинк начинает испаряться при температуре около 1173 К. При испарении цинка, е го пары окисляются кислородом воздуха, и образуется оксид цинка, вредный для здоровья сварщика в концентрациях более, 0,005 мг/м3. Это соединение цинка вызывает заболевание, назы­ваемое литейной лихорадкой. При газовой сварке угар цинка ы ожет достигать 15…20 % его первоначального содержания в ла­туни. Испарение цинка приводит к образованию пор в нагілав — лїнном металле.

Другой причиной пористости металла шва при сварке латуни я шлется поглощение расплавленным металлом водорода свароч­ного пламени, который не успевает выделяться из ванны вслед­ствие незначительного интервала между температурами солвдуса и ликвидуса у латуни. При застывании металла водород образует в и ве газовые пузырьки и поры, которые увеличиваются в размерах из-за проникновения и расширения в них паров цинка.

Для уменьшения испарения цинка латуни сваривают окисли­тельным пламенем. При этом на поверхности сварочной ванны образуется пленка оксида цинка, которая препятствует его даль­нейшему испарению. Кроме того, избыток кислорода окисляет основную часть свободного водорода пламени, что резко умень­шает поглощение водорода металлом.

При сварке латуни образуются кристаллизационные (горячие) трещины из-за низкого качества нераскисленного наплавленного металла, а также трещины, обусловленные горячеломкостью ла­туни в интервале температур 573…873 К.

Для сварки латуней выпускают присадочную проволоку несколь­ких марок согласно ГОСТ 16130—85.

Проволоку Л62 применяют для сварки простых латуней (Л62, Л 68 и др.), но для предупреждения испарения цинка при этом рекомендуется использовать газообразный флюс БМ-1.

Проволоку ЛК62-05, легированную кремнием, применяют для сварки латуней тех же марок. Такая проволока обеспечивает луч­шие результаты и при сварке с порошкообразными флюсами, так как угар цинка не превышает 0,7… і,0 %. При сварке этой прово­локой получают сварные соединения с хорошими механически­ми свойствами (без применения проковки металла шва) и почти полным отсутствием газовых включений и пор.

Проволока ЛО60-1, легированная оловом, предназначена для сварки изделий, работающих в морской воде и отвечающих тре­бованию повышенной коррозионной стойкости.

Проволока ЛОК59-1-03 содержит кремний и олово, что увели­чивает жидкотекучесть металла и глубину провара шва. Ее приме­няют для сварки стыков латунных труб и замыкающих кольцевых швов сосудов.

Проволока ЛКБ062-02-004-05, легированная кремнием, бо­ром и оловом, предназначена для сварки простых латуней. Она является самофлюсуюшей, обеспечивает благоприятные механи­ческие CBOftcfea и герметичность сварного соединения. Приме­нение этой проволоки при сварке латуни не требует использова­ния флюса.

Для проволок, не содержащих флюсующих добавок, связыва­ние оксидов при сварке латуней осуществляют порошко — и газо­образными флюсами, содержащими в качестве активного компо­нента борный ангидрид В203. Основные оксиды, возникающие при сварке, реагируют с борным ангидридом, образуя сложные бораты.

При сварке латуни осуществляют следующую подготовку кро­мок. При толщине металла до 1 мм проводят их отбортовку. Латунь толщиной 5 мм сваривают встык, без скоса кромок. При толщине металла 6… 15 мм выполняют односторонний скос кромок под углом 35.-45“, с притуплением 1,5…3 мм и зазором 2 — 4 мм. Для сварки встык металла толщиной 15.„25 мм применяют Х-образ — ную разделку кромок с углом скоса 35… 45°, притуплением 2… 4 мм и зазоров 2… 4 мм.

Несмотря на то что теплопроводность латуни больше, чем у ста­ли, расход ацетилена устанавливают в диапазоне 100… ] 20 дм3/ч во избежание перегрева латуни и повышенного испарении цинка. Для снижения испарения цинка и уменьшения поглощения! водорода расплавленным металлом ядро пламени при сварке раейолагают на расстоянии от сварочной ванны в 2—3 раза большем, чем при сварке стали. Пламя направляют преимущественно на присадочную про­волоку, которую держат под углом 90° к оси мундштука. Конец проволоки периодически погружают во флюс, который подсыпа­ют также в ванну расплавленного металла и на кромки: шва. Сварку следует выполнять с максимально возможной скоростью.

Диаметр проволоки выбирают равным толщине свариваемого металла, но не превышающим 9 мм. Сварку осуществляют левым способом в один слой, проваривая кромки сразу на вею толщину шва. Для обеспечения провара при толщине металла более 3 мм с обратной стороны накладывают подварочный шов, а при толщи­не более 5 мм применяют технологические подкладки: остающи­еся — из меди или съемные — из жаростойкой стали. Для увеличе­ния высоты шва свариваемые листы располагают под. углом 10° к горизонтали. При многослойной сварке применяют пЬйсадочную проволоісу ЛК62-05, а в качестве флюса — прокаленную буру. Пе­ред нанесением последующего шва тщательно очищают от шлака предыдущий слой наплавленного металла.

Значительная жидкотекучесть расплава латуни затрудняет ее сварку в горизонтальном и вертикальном положениях. При сварке в вертикальном положении расход ацетилена уменьшают до

35.. . 40 дм3/ч, а диаметр проволоки — на 1 мм по сравнению со значениями этих показателей при сварке в нижнем наложении.

Временное сопротивление металла шва, сварение го в верти­кальном; положении, на 15…20 % ниже, чем при сварке в нижнем положении, вследствие появления мелких пор. Для уплотнения металла я улучшения его механических свойств проводят проков­ку шва, причем при содержании в латуни менее 60/5 Си ее вы­полняют при температуре 923 К, тогда как при белее высоком содержат їй и меди латунь проковывают в холодном состоянии. После проковка осуществляют отжиг при температуре 873…. 933 К с по­следующим охлаждением для получения мелкозернистой струк­туры и снятия наклепа.

Газовую сварку бронз проводят при исправлении дефектов ли­тья, ремонте бронзовых литых изделий, наплавке и т. д. В про­мышленности получили распространение оловянные і Єезоловян — ные бронзы. В зависимости от состава бронзы могут’ и т> литей­ные и деформируемые, т. е. обрабатываемые давлением

Оловянные бронзы в качестве основной легирующей добавки содержат 3… 14% Sn (иногда до 20 %), а также в их состав могут входить фосфор, цинк, никель и другие легирующие элементы. Наличие в бронзе олова значительно снижает температуру плав­ления сплава и расширяет интервал между температурами начала и окончания его кристаллизации.

При сварке оловянной бронзы обогащенная оловом легко­плавкая часть сплава под действием объемных изменений и выде­ляющихся в шве газов перемещается к поверхности шва. Это при­водит к появлению выступов из мелких и крупных застывших ка­пель, в которых содержание олова может достигать 15… 18 %. В ре­зультате механические свойства бронзы ухудшаются настолько, что деталь может разрушиться под действием собственного веса еще в процессе сварки. Для предотвращения этих явлений деталь медленно охлаждают в песке или асбесте.

Оловянные бронзы сваривают только нормальным пламенем, так как окислительное пламя вызывает выгорание олова, а из­быток ацетилена увеличивает пористость, связанную с раство­рением водорода в металле шва. Расход ацетилена составляет

70.. . 120 дм3/ч.

Металл расплавляют концом восстановительной зоны пламе­ни, располагая его ядро на расстоянии 8… 10 мм от поверхности ванны. При сварке литых деталей из бронзы применяют местный или общий подогрев до температуры 773…873 К для уменьшения сварочных напряжений и деформаций. Его проводят в печах, гор­нах или пламенем горелки. Пламя при сварке должно быть «мяг­кое», т. е. давление кислорода нужно снизить для предупреждения «раздувания» жидкого металла ванны.

Кромки завариваемых дефектов тщательно зачищают и скаши­вают под углом 30…45" с притуплением 3…4 мм. Во избежание протекания металла с обратной стороны устанавливают подклад­ку из асбеста или графита; при необходимости обратную сторону шва подформовывают смесью из огнеупорной глины, песка и жид­кого стекла.

Сварку проводят только в нижнем положении, так как повора­чивать деталь, нагретую до температуры выше 623 К, нельзя вви­ду опасности ее разрушения.

Присадочная проволока должна быть выполнена из бронзы, близкой по составу к свариваемому металлу. Желательно иметь присадочную проволоку диаметром 5… 12 мм, содержащую до 0,4 % Si в качестве раскислителя. Если допустимо различие по цвету металла шва и основного металла, то в качестве присадочного материала можно применять проволоку из латуни указанных выше составов.

Хорошие результаты обеспечивает сварка оловянных бронз с использованием проволоки из оловянной бронзы с добавлением фосфора. При сварке бронз применяют те же флюсы, что и при сварке латуней.

Для улучшения механш еских свойств и структуры металл а свар­ного соединения деталь п< >сле сварки подвергают отжигу nj їй тем­пературе 1023 К и послед;тощему охлаждению в воде до темпера­туры 873 …923 К (закал ке^. В зависимости от размеров детали вы­держка при температуре етжига составляет 3…5 ч, а скоро їть на­грева — не более 100 К/ч.

Безоловянные бронзы можно сваривать как дуговым, так и га­зовым способами. Эти брензы содержат в качестве основных леги­рующих элементов мар гг ней, и никель, реже — цинк, железо, олово, алюминий. Они колрозионно-устойчивы, имеют благопри­ятные механические свойства, износостойки и хорошо сварива­ются. Наличие в них кремі шя и марганца улучшает сварива* мость, так как кремний образует іащитную пленку шлака, повыша гт (как и марганец) жидкотекуче сть металла шва и смачиваемо ;ть им кромок при сварке.

Сварку проводят норм; льным пламенем с расходом ацетилена

100.. . 150 дм3/ч. Химическ т состав присадочной проволоки такой же, как у основного металла, или близкий к нему. При сварке бронзы, меди и латуни используют одинаковые флюсы. Детали сложной формы предварительно подогревают до температуры

573.. .623.К. После сваркт целесообразно провести отжиг и за­кал ку.

Алюминиевые бронзы: иироко распространены в машиностро­ении. Они содержат желе: о, марганец, никель и до 10 % А!, обла­дают хорошими механиче жими и антифрикционными свойства — ми, устойчивы к коррозиг и действию низких температур, немаг­нитны, хорошо штампуются. Легирование их железом, марганцем и никелем улучшает механические, технологические и антикор­розионные свойства; нике ль повышает их жаростойкость.

Сварка алюминиевых бронз затруднена вследствие образова­ния тугоплавкого оксида ; люминия А1203, для удаления которого следует применять флюсь, используемые при сварке алюминие­вых сплавов. Лучшие резу; ьтаты обеспечивает аргонодуговая свар­ка, поэтому газовую сварку применяют как исключение. При по­догреве металла до температуры 623…673 К процесс сварки уско­ряется, хотя его можно щ оводить и без подогрева.

Присадочный металл д элжен содержать не более 5 % А1. Реко­мендуется флюс АФ-4А, г спользуемый при сварке алюминиевых сплавов; применяется «мягкое» нормальное пламя; расход ацети­лена составляет от 100… 150 дм3/4 (при сварке с подогревом) до

125.. . 175 дм3/ч (без него) Скорость сварки должна быть макси­мальной. Пленку оксида г люминия удаляют концом прутка. При тазовой сварке временно; сопротивление сварного соединения составляет 320 — 400 МПа

9.3. Сварка алюминия и его сплавов

К газовой сварке алюминиевых сплавов прибегают крайне ред­ко, в основном при ремонте. На поверхности свариваемого алю­миния образуется тугоплавкая пленка оксида А1203, температура плавления которой составляет 2333 К. Оксид алюминия, имею­щий более высокую плотность, чем основной металл, может ос­таваться в металле шва в виде включений между кристаллитами, существенно снижая прочность и пластичность сварного соедине­ния. Полное удаление А120з из наплавленного металла — основ­ная задача при получении высококачественного сварного соеди­нения алюминия и его сплавов. Для этой цели применяют специ­альные флюсы. Из всех способов сварки алюминия и его сплавов посредством плавления наилучшие результаты обеспечивают ар­гонодуговая сварка в непрерывном, а для тонкого металла — в импульсном режиме и плазменная сварка. Алюминий и его спла­вы хорошо свариваются контактной, точечной и шовной сваркой. При сварке алюминия и его сплавов следует учитывать следую­щие особенности этих материалов:

• относительно низкую температуру плавления и высокую теп­лопроводность, что требует точного дозирования количества вво­димой в ванну теплоты;

• высокое химическое сродство алюминия к кислороду и обра­зование тугоплавкого оксида алюминия, затрудняющего сварку;

• значительное линейное расширение при нагреве, вызываю­щее деформации и остаточные напряжения;

• пониженную прочность при высоких температурах сварки;

• повышенную вязкость расплавленного металла, затрудняю­щую формирование сварного шва.

Для сварки технического алюминия, содержащего не более 0,6 % как Fe, так и Si, применяют присадочную проволоку из чистого алюминия, а лучше из сплава АК5 или АМц. При сварке алюми­ниево-марганцевых сплавов используют проволоку из сплава того же состава, что и у основного металла, или из сплава АК5. Прово­лока АК5 при сварке металла толщиной около 1 мм позволяет получать соединение, равнопрочное основному металлу.

Сварку алюминиево-магниевых сплавов проводят, применяя проволоку AM г с повышенным содержанием магния с целью сни­жения температуры плавления присадочного материала и повы­шения временного сопротивления наплавленного металла. Исполь­зование при сварке алюминиево-магниевых сплавов проволоки того же состава, что и у основного металла, ухудшает механичес­кие свойства наплавленного металла по сравнению с таковыми у исходного материала.

При сварке сплавов системы алюминий—магний—кремний, склонных к образованию кристаллизационных трещин, рекомен­

дуется применять следующие виды проволоки ловых соединений — АК5; для стыковых без АК10.

Для сварки разнородных алюминиевых сплавов используют про­волоку АК5, литейных алюминиевых сплавов (заваривание тре­щин, пороков литья и др.) — проволоку из сп щего собой основной металл (АК5 и СвАК12)

Для сварки алюминиевых сплавов различно го назначения про — мышленность выпускает ряд флюсов на базе галоидных солей, щелочных и щелочи о-земельных металлов.

Флюс наносят на присадочную проволоку и кромки чистой ки — (тыо; можно погружать конец проволоки в разве; [енный флюс. После г щательной зачистки и прихватки кромок их покрывают слоем флюса шириной в 3 раза большей ширины ива. Остатки флюса удаляют после сварки промыванием в горячей и холодной воде, предварительно зачистив место сварки металлической щеткой. Сва­ривать соединения внахлест не рекомендуется в ищу трудности пос­ледующего удаления остатков флюса, попавшего в зазор.

При газовой сварке металла толщиной до Аты ко вое соединение с отбортовкой кромок и зазором до 1 мм. Часто отбортовку проводят только у одной кромки. При толщине і іеталла до 1 мм зазор нс требуется. Высота отбортовки равна 2—3 значениям толщины свариваемого металла. При таком способе со­единения повышается жесткость конструкции и уменьшается ко­робление металла при сварке. Отбортовка должна-полностью рас­плавляться при сварке шва.

При толщине металла, достигающей 4 мм, проводят сварку Астык со скосом и без скоса кромок, а при большей толщине (5… 20 мм) — с односторонним скосом под углом 30…35°. Сварку осуществляют с одной стороны, а с другой накладывают подва­рочный шов. Зазор в зависимости от толщины металла составляет,5… 5 мм, а притупление кромок — 1,5…2 мм. При толщине ме­талла более 20 мм выполняют двусторонний СКОС; кромок при тех же углах скоса, зазорах и притуплении.

Расход ацетилена, дм3/4, зависит от толщины металла:

"олщина ме­талла, мм 1,5 1,5…3 3…5 5…10 Ш…15 15…25

Расход

сцетилена,

дм3/ч………. 50…100 100…200 200…400 400…700 700… 1200 900…1200

Значительный избыток ацетилена приводит к пористости шва, поэтому используют нормальное или слегка науглероживающее пламя. Его ядро должно находиться на расстоянии 3…5 мм от по­верхности ванны. Угол наклона пламени к поверхности листового і теталла в начале сварки должен быть равен 90°, а затем его умень­
шают до 20…45°. При сварке отливок из алюминиевых сплавов этот угол по мере прогрева изделия снижают до 45 …60°. Приса­дочную проволоку держат под углом 40…60° к поверхности ме­талла. При его толщине менее 5 мм применяют левый способ свар­ки, при большей толщине — правый.

Сварку следует проводить в нижнем положении, в исключи­тельных случаях — в горизонтальном и вертикальном. Не допуска­ется потолочное положение швов. Сварку нужно выполнять быст­ро и по возможности непрерывно. Многослойных швов необходи­мо избегать, так как их наложение приводит к повышению пори­стости металла шва.

Сварку литых деталей из силумина осуществляют с общим или местным подогревом до температуры 623…673 К, из других алю­миниевых сплавов — до 523…573 К.

Трещины разделвівают до получения необходимого угла рас­крытия; заваривание проводят от середины трещины к ее концам. На концах трещин должны бвпь просверлены отверстия. Длинные трещины заваривают участками длиной 60… 70 мм.

Охлаждение отливки после сварки должно быть медленным, поэтому ее закрывают асбестом или засыпают песком. Для прида­ния шву мелкозернистой структуры и устранения внутренних на­пряжений литые изделия после сварки подвергают отжигу в печи при температуре 573… 623 К в течение 2… 5 ч с последующим мед­ленным охлаждением.

9.4. Сварка магниевых сплавов

Магниевые сплавы имеют малую плотность — (1,76… 1,8)- 1СР кг/м3 и хорошие прочностные свойства (временное сопротивление

210.. .340 МПа). Их температура плавления составляет 733…923 К, температура плавления чистого магния — 923 К.

Магниевые сплавы подвержены коррозии во влажной среде, особенно в морской воде. Для защиты от коррозии при атмосфер­ных условиях их покрывают лаками, красками и оксидными плен­ками. Кислород активно взаимодействует с магнием, образуя ок­сид MgO, менее прочный, чем пленка оксида алюминия.

В промышленности широко используют деформируемые маг­ниевые сплавы (типа МА) и реже — литейные (типа МЛ).

При сварке магниевых сплавов приходится учитывать такие их свойства, как более низкая теплопроводность, чем у алюминие­вых сплавов (что требует применения менее мощного пламени), и близость температуры воспламенения к температуре плавления. Для предупреждения возгорания магния ванну и околошовную зону шириной 30 мм (по обе стороны шва) защищают слоем флю­са, растворяющего пленку оксида магния.

Литейные сплавы магния с кремнием (МЛ1) имеют невысо­кую прочность и низкую коррозионную стойкость, но хорошо соединяются с помощью газовой сварки.

В сплавах системы магний—марганец (МЛ2, МАТ) не образу­ется кристаллизационных трещин при сварке, но для сварных соединений характерны низкая прочность и малая пластичность вследствие образования крупнокристаллической структуры в око-: лошовной зоне.

Сплавы МА8 имеют мелкозернистую структуру и достаточно хорошие механические свойства, но склонны к образованию кри­сталлизационных трещин. Для предотвращения этого процесса при, сварке применяют присадочную проволоку с повышенным со­держанием легирующих компонентов.

Сплавы магния, содержащие цинк, ограниченно поддаются сварке,

Сварку магниевых сплавов следует проводить с максимально, возможной скоростью, обеспечивающей достаточную скорость’ охлаждения и предупреждающей появление, трещин. Наилучшие результаты получают при однопроходной сварке.

В качестве присадочного материала используют проволоку из сплава того же состава, что и у свариваемого металла, которую перед сваркой обезжиривают и подвергают травлению в 20 %-ном растворе азотной кислоты. Диаметр проволоки такой же, как и при сварке алюминиевых сплавов.

Для сварки применяют флюсы, содержащие хлористые и фто­ристые соединения.

Сварку проводят, как правило, встык; вь(поднять тавровые, угловые и нахлесточные соединения не рекок ендустся. При тол­щине металла до 1,2 мм осуществляют отбот товку кромок; при толщине до 3 мм сварку проводят без скоса кромок, с зазором до 2 мм. Если толщина металла превышает 3 им, то необходима; V-образная разделка кромок с углом скосе. 30…35% зазором

1,5.. .6,0 мм и притуплением 1,5…2,5 мм в зависимости от толщи­ны металла.

Перед сваркой поверхность кромок должна б ять тщательно обез жирена и очищена от пленки оксидов. Ее следует удалять механи­ческим или химическим способом,

Расход ацетилена при толщине металла 1 150 дм3/1*) при толщине 5…6 мм — 300 дм3/1*, держать небольшое избыточное количество ацетилена. Пламя на­правляют к поверхности металла под углом, составляющим около 10°. Применяют только левый способ сварки, без поперечных ко­лебаний горелки. Ядро пламени должно отстоять от поверхности ванны на 1,5…3,0 мм.

Проволоку нельзя погружать в сварочную’ ванну во избежание загрязнения последней пленками оксидов. После заваривания де­
фектов отливки подвергают отжигу. При газовой сварке магние­вых сплавов сварные соединения уступают по своим механичес­ким свойствам основному металлу.

9.5. Сварка никеля и его сплавов

Технический никель в зависимости от его марки содержит 99,8 …97,6 % чистого никеля. В холоднотянутом состоянии его вре­менное сопротивление составляет 800…900 МПа, в отожженном —

450.. .520 МПа, относительное удлинение — 35 …40 %. Температу­ра плавления никеля равна 1725 К, температура горячей обработ­ки составляет 1373… 1473 К, а температура отжига — 1053… 1123 К. Литейная усадка равна 1 %. Благодаря высокой прочности, плас­тичности, ковкости, химической стойкости и другим свойствам никелевые сплавы находят широкое применение в химическом машиностроении и других отраслях промышленности.

Наиболее вредной примесью в никеле является сера. Ее содер­жание в никеле марки НО ограничивается 0,005%, марки Н1 — 0,01 %. Свинец нерастворим в никеле, и поэтому при его содержа­нии, составляющем даже тысячные доли процента, никель при­обретает красноломкость.

Использование никеля в качестве легирующей добавки в спла­вах резко улучшает их механические и технологические свойства. К таким сплавам относятся никелевые бронзы (никель — медь), никелевые латуни (никель — медь — цинк), нихромы (никель — хром), кислотоустойчивые сплавы (никель — молибден — желе­зо) и др.

Никель и его сплавы удовлетворительно свариваются с помо­щью газовой сварки. Основные затруднения при осуществлении этого процесса состоят в следующем.

Вследствие поглощения газов жидким металлом и резкого уменьшения их растворимости в момент кристаллизации возмож­но появление пор в наплавленном металле.

В процессе сварки образуется тугоплавкий оксид никеля с тем­пературой плавления 1923… 1933 К. Для его удаления применяют флюсы следующего состава, %: 1) прокаленной буры — 100; 2) прокаленной буры — 25; борной кислоты — 75; 3) борной кис­лоты — 50, прокаленной буры — 30, поваренной соли — 10, угле­кислого бария — 10. Применяют флюсы и более сложного соста­ва, дополнительно содержащие хлористые соединения магния, марганца, лития и кобальта, феррованадий и титановый концен­трат.

Листы никеля толщиной до 1,5 мм сваривают с отбортовкой кромок, без присадочного металла, толщиной до 4 мм — встык, без скоса кромок. При большей толщине листов выполняют одно-

сторонний скос кромок под углом 35…45°. Следует избегать на — хлесточных соединений ввиду значительных деформаций никеля при нагреве. Перед сваркой листы скрепляют прихватками 1 ерез каждые 100… 200 мм. Сварку проводят участками, обратносту тен — чатым способом. Пламя должно иметь нормальный характер или содержать небольшое избыточное количество ацетилена. Приме­нять пламя с избытком кислорода нельзя во избежание пот вле — ния пор и повышения хрупкости наплавленного металла.

Расход ацетилена составляет 140…200 дм3/ч. При сварке нель-металла (25% Си, 68% Ni, 1,5% Мп, 2,5% Fe), облад; щего высокой стойкостью к окислению при температурах до 8; расход ацетилена 100 дм3/ч.

Диаметр присадочной проволоки выбирают равным поло: толщины листов. Она должна иметь такой же состав, как и с: ваемый металл. Рекомендуется использовать проволоку из ни с примесью Мп (до 2 %) и S1 (до 0,2 %).

Временное сопротивление сварного соединения составляет;

260.. . 280 МПа; угол изгиба достигает 90°.

Сплав нихром (75…80 % Ni, 15… 18 % Сг, 1,2… 1,4% Мп) ииеет

низкую теплопроводность и температуру плавления 1663 К. При его сварке на поверхности ванны образуется тугоплавкая пленка •оксида хрома, которую необходимо удалять. Сварку нихрома про­водят с максимальной скоростью, без перерывов, так как по­вторная или многослойная сварка способствует образованию гре — ;ин, появлению крупнокристаллической структуры и склон:тос­ті соединения к межкристаллитной коррозт и. Расход ацетилена оставляет 50…70 дм3/ч.

Применяют флюс-пасту следующего состава, %: буры — торной кислоты — 50, хлористого натрия (или фтористого ііия) — 10. Указанные компоненты разводят водой.

В качестве присадочного материала используют проволок кихрома марки ЭХН-80 или полоски, нареза; гныс из сваривае )го металла, шириной 3…4 мм, со скругленными кромками, этжига сварное соединение имеет времен

350.. .450 МПа.

ГЛАВА 10

ГАЗОПРЕССОВАЯ СВАРКА

ЮЛ. Сущность процесса и области применения

Газопрессовая сварка представляет собой процесс соединения металлов в пластическом состоянии. Место сварки нагревают мно­гопламенной горелкой до температуры перехода металла в это состояние, а затем свариваемые элементы сжимают внешним уси­лием, действующим по их оси в процессе нагрева либо по его завершении.

Нагревательное пламя может быть направлено или перпенди­кулярно внешней поверхности деталей, в зазор между их торца­ми, или перпендикулярно торцам. Схемы различных способов газопрессовой сварки приведены на рис. 10.1 —10.3.

Сварку в пластическом состоянии выполняют двумя способа­ми. Первый осуществляют при нагреве кромок до 0,8…0,9 темпе­ратуры их плавления под постоянным давлением сжатия, которое снимают по достижений установленной величины осадки, или под переменным давлением: первоначально детали сжимают не­большим осевым усилием, нагревают до заданной температуры сварки, а затем давление сжатия повышают до максимального значения, и детали свариваются при достижении установленной величины осадки (см, рис. 10.1).

(ид

в

Рис. 10.1. Гітопрессокш сварка стерж-
ней и труб в пластическом состоянии:

а — стержни перед сваркой; б — на-
грев в пластическом состоянии под
давлением /?,; в — осадка под давлени-
ем р7 (рг > ДО

Второй способ сварки — с оплав­лением — осуществляют путем нагре­ва деталей пламенем, направленным в зазор между их торцами. Когда тор­цы начинают оплавляться, детали сжимают, и они свариваются, а жид­кий шлак в виде грата выдавливается наружу из стыка (см. рис. 10.2 и 10.3). При сварке с оплавлением необхо­дима более высокая тепловая мощ­ность пламени, но этот способ не требует предварительной обработки и подгонки кромок, а качество сварно­го соединения выше, чем пр|і сварке первым способом.

Основными достоинствами газо­прессовой сварки являются зысокая производительноств, низкая сто­имость, возможность механизации1 процесса, относительная простота тех-, гий сварки и сварочного оборудования, отсутствие пстребно-

-юле?:

;тй

1ЫХ

ЗЬЇСФ

■груб

дйк

‘в

три

‘ "рїін1 оойр’

<>сна

меж

менй

ітву

1ІЄНІ) ] [X м

н

Лая

о.1..

і мет {,75.

Рис. 10.4. Одноствольная кольцевая ацетиленовая горелка серии КГ для нагрева и сварки труб:

1 — зажим для крепления горелки к станку; 2 — неподвижная половина нако­нечника; 3 — мундштук; 4 — подвижная половина наконечника; 5 — рукоятка для разъема наконечника; 6 — ствол; 7 — каркас

делах 200…500 кПа, можно изменять режим (скорость) нагрева стыка. Объем охлаждающей воды равен 0,05 дм3 на 1 дм3 ацетилена. Расстояние между осями сопел, ввернутых в камеры головки го­релки, составляет 6…7 мм. Диаметр кольцевой головки выбирают в соответствии с диаметром свариваемых труб и стержней.

Разработаны также полукольцевые горелки серии ПКГ, конст­рукция которых показана на рис. І0.5. Их используют для сварки труб диаметром 174… 299 мм с толщиной стенки 7… 14 мм. Обес­печиваемый ими расход ацетилена составляет 7,5…25 м3/ч. Каж­дая полукольцевая горелка имеет свой ствол, что повышает теп­ловую мощность нагревательного пламени. Выпускают также го­релки серии МГ-8ПГ для нагрева стержней квадратного сечения.

Для газопрессовой сварки разработаны станки различной мощ­ности в соответствии с осадочным давлением, определяемым мак­симальным сечением свариваемых деталей. Свариваемые элемен­ты зажимают и осаживают ручным, пневматическим или гидрав­лическим способом. На станках с ручным приводом выполняют сварку деталей с площадью поперечного сечения не более 1000 мм2. Усилие, необходимое для зажатия деталей, должно превышать усилие для осадки примерно в 2 раза.

Для сварки более крупных деталей с площадью поперечного сечения 1000…6000 мм2 применяют станки с ручным или пнев­матическим способом зажатия, оборудованные пневмоприводом

/ — снарпос полукольцо головки; 2 — трубка для подвода горючей смеси; J — смесительная камера; 4— трубки водяного охлаждения; J— вентиль кислорода; 6— корпус; 7 — штуцер для ацетилена; 8— штуцер для кислорода; 9 — ниппели для воды; 10 — мундштуки

для осадки. Более крупные станки имеют гидравлическую систему зажатия и осадки деталей при сварке. Горелка в процессе сварки перемещается вдоль оси свариваемых деталей ручным или меха­ническим приводом в обе стороны от места сварки.

На рис. 10.6 показан станок МГСП-15/160, предназначенный для газопрессовой сварки труб и стержней на машиностроитель­ных заводах и стройплощадках. На раме 4 укреплены зажимы 1 (неподвижный) и 3 (подвижный), между которыми находится го­релка 2. Станок имеет п невматический мембранный силовой при­вод 5, расположенный в нижней части рамы, В пространство меж­ду двумя двойными мембранами привода с помощью пятипози — циОнного распределительного пневмокрана подается воздух под давлением до 600 кПа. Раздвигаясь, мембраны действуют на рыча­ги 6 и 7, а те передают усилие зажимам 1 и 3. При этом детали сначала зажимаются, а затем (при дальнейшем ходе мембран) осаживаются вследствие перемещения подвижного суппорта с зажимом 3 в горизонтальном направлении.

Станок снабжен пультом управления, пневмотурбинкой для продольного колебательного перемещения горелки, автоматиче-

Рис. 10.6. Станок МГСГМ5/160 для гагго прес совой сиарки:

/ — ііеподпижпьій зажим; 2 — горелка; 3 — подвижный зажим; 4 — рама; 5 — пневматический мембранный силовой привод; 6,7— рычаги

ским ограничителем величины осадки, обдувочным устройством для охлаждения зажимов (автоматически включающимся при за­жигании горелки), сдвоенным газовым рубильником для кисло­рода и ацетилена. Станок позволяет осуществлять сварку при оса­дочном давлении 20… 40 МПа. При сварке труб диаметром 159 мм с толщиной стенки 8 мм объем воздуха, расходуемого на один стык, составляет 0,35 м3, ацетилена — 0,15 м3, кислорода — 0,15 м3, воды — 7 дм3, продолжительность нагрева стыка — 80 с.

Для получения высококачественного сварного соединения при газопрессовой сварке необходимо соблюдение следующих задан­ных параметров технологического процесса: температуры нагре­ва, давления и величины осадки, мощности и состава пламени, амплитуды колебаний горелки вдоль оси изделия. Основные из этих параметров — температура нагрева и давление осадки.

Так, при сварке низкоуглеродистой стали необходимо, чтобы температура нагрева составляла 1453… 1533 К, давление осадки при сварке труб — 20…35 МПа, а при сварке сплошных сече­ний — 25 МПа. При сварке труб из низколегированной стіш и дав­ление осадки принимают равным 50…60 МПа, а из хромонике­левой аустенитной стали типа 12X18Н9Т — 100… 120 МПа.

Величина осадки при сварке труб с толщиной стенки 5 равна (1,0… 1,3)6, а при сварке сплошных стержней диаметром d— 0,3d. При недостаточной осадке прочность сварного соединения сни­жается вследствие неполного удаления пленки оксидов металла из зоны сварки.

Расход ацетилена, необходимый для прогрева 1 мм2 поперечного сечения стыка, составляет при сварке труб 1,8…2,2 дм3/ч, при свар­ке стержней — 1,0…2,5 дм3/ч. Для ослаблення процесса окисления металла в стыке пламя горелки должно содержать избыток ацетиле­на (5…8% по сравнению с нормальным пламенем). Это вызвано тем, что при газопрессовой сварке восстановительная газовая среда в зоне сварки может быть обеспечена только при достаточном рас­стоянии между ядром пламени и поверхностью металла, а это воз­можно лишь при некотором избытке ацетилена в газовой смеси.

Для газопрессовой сварки характерны равномерный постепен­ный нагрев, надежная зашита нагреваемого металла факелом пла­мени от действия кислорода воздуха, однородный состав металла в месте сварки, осуществление последующей механической и тер­мической обработки, что обеспечивает высокую прочность свар­ного соединения, временное сопротивление которого при соот­ветствующих условиях выполнения сварки, как правило, выше, чем у свариваемого металла. Пластичность сварных стыков после проведения проковки и нормализации не ниже, чем у основного металла. При испытании на воздействие вибрации пределы вы­носливости для сварных образцов и образцов из основного метал­ла почти одинаковы.

При сварке в пластическом состоянии для обеспечения равно­мерного нагрева всего сечения стыка кромки свариваемых дета­лей скашивают под углом 6… 15°. При сварке труб с толщиной стенки 3,5… 8,0 мм угол скоса кромок составляет 10… !5°. Это обес­печивает провар всей толщины стенки трубы и предупреждает образование значительного утолщения стенки на внутренней по­верхности трубы.

Кромки тщательно очищают от ржавчины, окалины, масла, краски и прочих загрязнений. Свариваемые детали центрируют от­носительно друг друга (несовпадение кромок не должно превы­шать 1… 1,5 мм), надежно зажимают на станке и подвергают пред­варительному сжатию. Необходимую величину осадки устанавли­вают заранее. Затем зажигают пламена горелки, регулируют ха­рактер пламени, обеспечивают правильное положение пламен относительно поверхностей свариваемых деталей и нагревают стык.

Когда деформация кромок сжатых деталей становится замет­ной, начинают выполнять колебательные движения горелкой (одно-два движения в секунду) в обе стороны от стыка с ампли­тудой 10… 12 мм, равномерно прогревая металл около шва. При нагреве до появления тонкой пленки плавящегося металла детали сжимают, пока не будет обеспечена заданная величина осадки. Затем горелку гасят, стык охлаждают на воздухе, после чего его подвергают нормализации, нагревая той же горелкой до темпера­туры 1123…1223 К с последующим охлаждением на воздухе.

Наиболее часто встречающимся дефектом газопрессовой свар­ки является непровар в стыке вследствие слабого нагрева, нерав­номерного распределения теплоты по всему сечению стыка и не­

достаточного осадочного давления. Посторонние включения в стыке (ржавчина, окалина и загрязнения) также вызывают непровар и снижают прочность сварки.

При чрезмерно продолжительном нагреве возможны перегрев металла, рост зерна в околошовной зоне и, как следствие, пониже­ние пластичности и ударной вязкости сварного соединения. Пере­грев можно устранить последующей нормализацией области сварки.

Пламя с избытком кислорода приводит к появлению в шве большого числа включений оксидов и снижению прочности со­единения.

Следствием неточного центрирования деталей являются вза­имное смещение и перекос свариваемых стержней, полос или труб.

При сварке с оплавлением на усадку и оплавление предусмат­ривается припуск 15…20 мм. Тщательной подготовки торцов сва­риваемых стержней не требуется. Они могут быть получены с по­мощью кислородной резки. Остатки шлака и оксидов после резки тщательно удаляют зубилом, проволочной щеткой и шлифоваль­ным камнем. Стержни сближают до соприкосновения, зажигают горелку, регулируют характер и положение пламен, а затем начи­нают нагрев стыка. В его верхней части пламя несколько прибли­жают к поверхности. Нагревая стык, горелку перемещают вправо и влево на расстояния, равные диаметру свариваемых стержней. Сначала число движений в минуту составляет 20—25, а затем воз­растает до 50 — 60.

Стержни, нагретые до температуры 1373 …1473 К (оранжево­желтый цвет пламени), раздвигают на расстояние 15…20 мм, в образовавшийся зазор направляют пламена и оплавляют торцы стержней. При этом вместе с жидким металлом с поверхности торцов стекает шлак. Затем, не отводя горелку, стержни сжимают под давлением 30… 35 МПа. Сжатие прекращают по достижении заданной величины осадки.

Для повышения пластичности и ударной вязкости металла ме­сто сварки вновь нагревают до температуры 1423 К, срубают утол­щение (грат) и проковывают область сварного соединения. Если техническими условиями предусмотрена термообработка стыка (нормализация, отжиг), то ее проводят в режиме, установленном для данной марки стали.

Контрольные вопросы

1. Каковы достоинства газопрессовой сварки?

2. Какой тип пламени используют при газопрессовой сварке?

3. Назовите численные значения основных параметров газопрессовой сварки.

4. Какие дефекты могут возникнуть при газопрессовой сварке?

5. Опишите технологию газопрессовой сварки оплавлением.

РАЗДЕЛ ПІ

ГАЗОПЛАМЕННАЯ ПАЙКА, НАПЛАВКА
И ПЛАМЕННАЯ ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА

ГЛАВА 11

ПАЙКА МЕТАЛЛОВ

11.1. Сущность процесса и области применения

Пайкой называется технологический процесс получения не­разъемных соединений металлов в нагретом состоянии посред­ством расплавления более легкоплавкого, чем соединяемые ме­таллы, сплава, называемого припоем. При пайке соединяемые части не расплавляют, а нагревают до температуры, которая не­сколько выше температуры плавления припоя, но ниже темпера­туры плавления соединяемых металлов.

Пайка представляет собой сочетание нескольких процессов:

• нагрева основного металла до температуры расплавления при­поя;

• плавления припоя;

• взаимной диффузии припоя и паяемого металла;

• металлургической обработки припоя и кромок паяемого ме­талла;

• кристаллизации металла шва;

• взаимодействия припоя с паяемым металлом и возникнове­ния межкристаллитных форм связи.

Таким образом, пайка — это довольно сложный и многообраз­ный процесс.

Существенную роль при пайке играют процессы диффузии, при протекании которых образуется твердый раствор основного металла в припое или химическое соединение металла и припоя. Предпочтительнее образование твердого раствора, так как он по­вышает вязкость и коррозионную стойкость паяного соединения. Диффузия происходит на границе твердой и жидкой фаз и носит неоднородный характер. Как показали исследования, в результате диффузии припой проникает в основной металл по границам его зерен. Глубина диффузии определяется видом припоя и основно­го металла, а также режимом пайки, т. е. температурой и продол­жительностью нагрева,

Пайка позволяет получать высококачественные соединения не только однородных материалов, но и практически любых разно­родных металлов и сплавов. Технологический процесс пайки в ряде случаев более рационален по сравнению с дуговой сваркой как с технической, так и экономической точки зрения. Поэтому пайка нашла широкое применение при производстве множества изделий, в том числе весьма ответственных (например, в само­летостроении, специальном машиностроении, новых областях техники),

В качестве источников теплоты при пайке используют газо­кислородное и газовоздушное пламя, электронагрев в специаль­ных печах и ваннах, пламенные печи, токи высокой частоты, индукционный нагрев, паяльники и др. Однако мы ограничимся рассмотрением пайки с нагревом только газовым пламенем.

Выделяют два основных вида пайки — высоко — и низкотемпе­ратурную. Их основное различие состоит в температуре плавления используемых припоев, которая при высокотемпературной пайке составляет более 823 К, а при низкотемпературной не превышает 673 К.

Пайка высокотемпературными припоями обеспечивает более прочное соединение, для которого временное сопротивление до­стигает 500 МПа; при пайке низкотемпературными припоями эта величина не превышает 700 кПа.

В состав высокотемпературных припоев входят сплавы меди, цинка, кадмия и серебра, а основу низкотемпературных состав­ляют свиней, олово и сурьма.

Хорошо паяются чугун, углеродистая и легированная стали, алю­миний, медь, никель и их сплавы. Пайка — высокопроизводитель­ный процесс, легко поддающийся механизации при массовом про­изводстве. Она не вызывает изменения структуры основного метал­ла, обеспечивает требуемую прочность и герметичность соедине­ний.

К недостаткам пайки относятся возможность выполнения огра­ниченного числа видов соединений (преимущественно нахлестан­ных), более низкая прочность и пластичность соединений по срав­нению с аналогичными свойствами основного металла, необходи­мость расходования дефицитных металлов (олово, серебро и др.), наличие относительно строгих требований к подготовке деталей под пайку.

11,2. Припои

Припои выпускают в виде проволоки, прутков, полос, фоль­ги, порошковой проволоки, порошков, паст и т. д. К ним предъяв­ляют следующие требования:

• их температура плавления должна быть на 50…60 К ниже, чем у паяемого металла;

• необходимо, чтобы припой обладал высокой жидкотекучее — тыо, хорошо смачивал поверхность паяемого металла и растекал­ся по ней, проникая в зазор;

• припой и основной металл должны взаимно диффундировать и образовывать сплав;

• устойчивость к коррозии у припоя и основного металла должна быть примерно одинаковой;

• необходимо, чтобы припой не был красноломким, а его электропроводность и тепловое расширение были примерно та­кими же, как у основного металла;

• при пайке разнородных металлов следует применять пластич­ные припои;

• при выборе припоя необходимо учитывать требования, предъявляемые к внешнему виду изделия;

• припой по возможности не должен содержать дорогостоящих и дефицитных компонентов.

Все высокотемпературные припои, применяемые в промыш­ленности, можно разбить на следующие группы: медные, медно­цинковые (латуни), серебряные, медно-фосфористые.

Медные припои прочны и пластичны, но требуют высокой температуры нагрева. Их применяют для пайки стали преимуще­ственно в печах с защитной атмосферой. При газопламенной пай­ке использовать их не следует ввиду возможности появления тре­щин при восстановлении оксида меди водородом.

Медно-цинковые припои применяют при пайке стали, чугуна, брон­зы, никеля, меди и медных сплавов. Лучшие результаты обеспечива­ет припой марки ЛОК62-06-04. Состав, %, этого припоя таков: Си —

60.. .63; Sn — 0,3…0,4; Si — 0,4… 0,6; Zn — остальное. Его температу­ра плавления 1178 К; временное сопротивление 450 МПа.

Кремний и олово в припое служат активными восстановителя­ми, предохраняющими цинк от окисления и испарения. При вос­становлении оксидов цинка кремний окисляется до кремнезема, соединяется с флюсами и образует боросилшаші, которые всплы­вают на поверхность жидкого металла, покрывая его пленкой, препятствующей окислению и испарению цинка. Олово способ­ствует растеканию припоя по поверхности металла и улучшает заполнение им зазоров.

С помощью припоя ЛОК62-06-04 получают плотный, беспори — стый паяный шов с хорошими механическими с зойствами. В про­цессе пайки не происходит выделения паров оксидов цинка, что улучшает условия труда в цехе. Этим припоем можно паять сосу­ды, рассчитанные на давление до 2,5 МПа.

Серебряные припои кроме серебра содержат і ледь и цинк. Для снижения температуры плавления таких припое з в них добавляют кадмий, фосфор и другие элементы. Температура плавления се­ребряных припоев составляет 993… 1143 К. Их ложно применять

для пайки всех черных и цветных металлов, кроме алюминия и цинка, имеющих, более низкую температуру плавления, чем при­пой. Получаемые швы обладают хорошими механическими свой­ствами, устойчивостью к коррозии, а также воздействию изгиба­ющих, ударных и вибрационных нагрузок,

Ассортимент серебряных припоев очень широк. В зависимости от содержания серебра выпускают припои марок от ПСрЮ до ПСр70.

Припой ПСр12 имеет следующий состав, %: Си — 36, Ag — 12, Zn — остальное. Температура плавления этого припоя 1058 К; временное сопротивление 185 МПа. Состав, %, припоя ПСр45 таков: Си — 30, Ag — 45, Zn— остальное. Температура его плавле­ния 993 К; временное сопротивление 300 МПа.

Медно-фосфористые припои широко используются в электро­промышленности и являются заменителями серебряных припоев при пайке меди и латуни. Для пайки черных металлов они непри­менимы, так как не смачивают поверхность спая и в пограничных диффузионных слоях образуют хрупкие фосфидьг железа. Непри­годны они и для пайки деталей, работающих при ударных и виб­рационных нагрузках. При пайке меди и латуни используют при­пой ПСрМФ 15-80-5 следующего состава, %: серебро — 15, фос­фор — 5, медь — остальное.

Оловянно-свинцовые припои служат для низкотемпературной пайки, В зависимости от содержания олова пользуются припоями марок от ПОС90 (89…90 % Sn) до ПОСЮ (9… 10 % Sn). Применя­ют также сурьмянистые припои марки ПОССу4-6 следующего состава, %: Sn — 3…4, Sb — 5.„6, Pb — остальное. Температура плавления низкотемпературных припоев заключена в пределах от

496.. .456 К (ПОС90) до 550…456 К (ПОСЮ); их временное со­противление составляет 28…59 МПа. Наибольшее распростране­ние получили припои марок ПОС90, ПОС61, ПОС40 и ПОСЮ.

Что касается специальных припоев для пайки алюминия и его спла­вов, то в качестве низкотемпературных припоев применяют спла­вы следующих составов, %: 1) Zn — 50, Sn — 45, А1 — 5; 2) Zn —

20.. .25, Al — 2…6, Sn — остальное. Паянные низкотемператур­ными припоями швы алюминия, склонные к коррозии, необхо­димо покрывать защитными пленками.

Для высокотемпературной пайки алюминия используют при­пои, содержащие не более 70 % А1 и представляющие собой трой­ные сплавы Si—Си—А1 с температурой плавления 798 К следую­щего состава, %: Si — 5,2…6,5; Си — 26…29; А1 — остальное. Припой 34А, разработанный С. А. Лоцмановым получают сплав­лением при температуре 923…973 К двух стандартных сплавов: № 1 (50…60% Си, остальное — А1) и № 2 (8… 14% Si, осталь­ное — А1). Паяные швы алюминия, выполненные твердыми при­поями, имеют удовлетворительную стойкость к коррозии.

129

Флюс, наносимый на поверхность ет смачивание и сплавление основного удаляет пленку оксидов, предохраняс способствует затеканию припоя в зазор ми. Температура плавления флюса дол тура испарения — выше температуры должен раскислять оксиды иди связь; легкорастворимые химические соединер ности флюс всплывает на поверхность удаляется из шва. Флюс применяют в газа.

Флюсы, предназначенные для высо типа латуней, имеют температуру плад более легкоплавких (серебряных) при температурой плавления ниже 1022 К.

К тугоплавким флюсам относится те^ничес и прокаленная (Na2B407-Н20) бура. Предпот последней, поскольку1 она не раздувается гак применяют при пайке низкоушеродистых с мис температурой плавления выше 107 Ї К но-стойких сталей и жаропрочных сплавов альные флюсы (№ 200 и 201), способные поверхности этих материалов. Для пайки се используют флюсы № 209 и 18-В (вторе й мен вышеназванных флюсов приведены в табл. 1

В тугоплавких флюсах активным компой ный ангидрид В203, который, вступаг в р образует бораты Zn0-B203, Си0В203 и др ными или медно-фосфористыми припоями

дящие в состав легкоплавких флюсов, растворяют оксиды, а бор­нокислые соли образуют химические соединения, повышая ак­тивность флюса.

Для пайки низкотемпературными припоями в качестве флюса применяют водный раствор хлористого цинка (10…30%), кани­фоль или ее раствор в ортофосфорной кислоте и спирте и др.

Для низкотемпературной пайки алюминия предназначены флю­сы, разработанные С. А.Лоцмановым и имеющие следующий со­став, %: 1) хлористый цинк — 85, хлористый аммоний — 10, фтористый натрий — 5; 2) хлористый цинк — 90, хлористый ам­моний — 10; 3) хлористый цинк — 95, фтористый натрий — 5;

4) хлористый цинк — 90, хлористый аммоний — 8, фтористый натрий — 2.

При высокотемпературной пайке алюминия используют флю­сы, действующие аналогично флюсам для сварки алюминия и его сплавов, образующие легкоплавкие фтористые и хлористые со­единения и хорошо растворяющие пленку оксида алюминия.

Флюс 34А, разработанный С. А. Лоцмановым, имеет следую­щий состав, %: хлористый литий — 25…35, хлористый цинк —

8.. . 15, фтористый калий — 12… 18, хлористый калий — осталь­ное. Температура плавления этого флюса 693 К. Для пайки трещин в алюминиевых отливках применяют флюс следующего состава, %: фтористый натрий — 8… 10, хлористый барий — 10… 15, хло­ристый натрий — 15…20, хлористый цинк — 30…40, хлористый калий — остальное.

11.4, Технология пайки

Основным инструментом для выполнения пайки ручным и механизированным способами служит горелка. В завис и. мости от вида припоя, характера паяного соединения и организации тех­нологического процесса используют различные виды горелок: кислородно-газовые, одно — и многопламенные, инжекторные и безынжекторные, газовоздушные, вихревые и др. Для повышения производительности процесса пайки применяют мундштуки той формы, которая в наибольшей мере отвечает конструкции паяно­го соединения. Широко применяют горелки, работающие на за­менителях ацетилена: пропане, природном и городском газах, ке­росине, бензине и др. Мощность горелки подбирают в соответ­ствии с видом припоя и паяного соединения.

Конструкции соединений. Чем тщательнее подогнаны детали и больше площадь спая, тем выше прочность паяного соединения. Типы таких соединений показаны на рис. 11.1.

Зазор должен быть минимальным; для серебряных припоев он составляет 0,03…0,05 мм. Зазор наиболее существенно влияет на

ся, а расплавляемый припой затекает в зазор и соединяет детали. Для лучшего затекания припоя поверхности в месте спая предваритель­но облуживают припоем, а затем выполняют сборку и пайку узла.

ГГри пайке высокотемпературными припоями детали закреп­ляют в кондукторе с заранее установленным зазором между пая­емыми поверхностями и заданной величиной нахлестки. Поверх­ности нагревают широкой частью пламени. Окислительное пламя позволяет получить более плотный шов, хотя его внешний вид ухудшается. При избытке в пламени ацетилена предотвращается перегрев припоя и пламя не выдувает флюс.

При пайке разнородных металлов пламя направляют на более толстый и более теплопроводный металл для равномерного на­грева деталей. Поскольку припой всегда стремится затечь на более нагретое место, пламя следует направлять на место спая. Флюс наносят в момент пайки на нагретые части деталей. Припой также покрывают флюсом. Расплавление припоя происходит под дей­ствием теплоты нагретых деталей при прикосновении к ним кон­ца прутка припоя. Припой не следует плавить в пламени.

Контрольные вопросы

1. Каков механизм получения соединений при газовой пайке?

2. Назовите виды газопламенной пайки.

3. Перечислите основные недостатки пайки.

4. Каковы основные особенности аппаратуры для газовой пайки?

5. Назовите основные требования, предъявляемые к припоям при га­зовой пайке.

6. Каковы основные требования к флюсам, применяемым при газо­вой пайке?

ГЛАВА 12
НАПЛАВКА

12Л. Общие положения

Наплавкой называют процесс нанесения слоя присадочного металла на поверхность основного металла. Наплавку можно вы­полнять из металла того же состава, что у основного или другого металла, значительно отличающегося от основного своими свой­ствами и химическим составом. Например, на сталь и чугун на­плавляют цветные металлы (латунь, бронза), твердые или изно­соустойчивые сплавы и другие материалы. С помощью наплавки восстанавливают первоначальные размеры изношенных деталей, придают рабочим поверхностям антифрикционные свойства, по­вышают их твердость и стойкость к абразивному изнашиванию.

лу, нельзя использовать кремнистые латуни (ЛК62-05, ЛК80-3 и др,), образующие хрупкую прослойку, которая представляет со­бой в основном твердый раствор кремния в «-железе со средним содержанием кремния более 11 %.

Никель в латуни уменьшает отрииательное влияние кремния при высоком содержании последнего, обеспечивает бездымность процесса и высокую прочность сцепления наплавляемого металла с деталью из стали или чугуна. Бескремнистые латуни могут обес­печить получение плотного металла при отсутствии испарения цинка только в случае применения газообразного флюса БМ-1.

Поверхность детали предварительно обрабатывают механичес­ким способом. Литейную или прокатную корку необходимо уда­лить, Поверхностные дефекты (заусенцы, трещины и др.) тща­тельно вырубают. Перед выполнением наплавки в канавку острые углы последней закругляют. Размеры сечения канавки должны обес­печивать свободный доступ в нее пламени и присадочной прово­локи, а также равномерный нагрев канавки. Поверхность прово­локи очищают от оксидов и загрязнений.

Наплавку латуни на крупнвіе изделия сложной формы выпол­няют с предварительным общим подогревом до температуры 773 К. Для массивных деталей с толщиной стенок более 20 мм и массой свыше 70 кг можно осуществлять сопутствующий подогрев вто­рой горелкой с наконечником № 5. При наплавке латуней на сталь и чугун вместо ацетилена можно применять пропан-бутан с ко­эффициентом замены ацетилена, равным единице, и флюс БМ-1. При оптимальной скорости истечения газовой смеси расстояние от мундштука до поверхности ванны составляет 25…35 мм.

Плотный беспористый металл наплавляется при соотношении кислорода и пропан-бутана |30 =3,5…4,0. При меньшем значении

в пламени образуется избыток водяных паров, что уменьшает содержание в нем паров борного ангидрида, являющегося флю­сующим веществом. Помимо этого водяные пары способствуют увеличению числа газовых включений в наплавляемом металле.

Наиболее важным показателем при осуществлении наплавки является расход флюса. При недостаточном количестве флюса не обеспечиваются нормальное раскисление и защита жидкого ме­талла от испарения цинка; избыток же флюса на поверхности ос­новного металла затрудняет сплавление латуни со сталью или чу­гуном.

Для улучшения процесса смачивания при ручной наплавке приходится удалять стекловидную пленку флюса с помощью по­перечных колебаний проволоки. В этих условиях смачивание начи­нается при температуре 1073 К и протекает нормально в интерва­ле температур 1073… 1123 К. При механизированной наплавке са­мопроизвольное разрушение пленки флюса начинается при тем­пературе 1093… 1123 К, так как в этом случае проволока не совер-

шает поперечных колебаний. При использовании ацетиленокис­лородного пламени, выделяющего значительное количество теп­лоты и имеющего высокую температуру, таких затруднений не возникает, поскольку пленка флюса быстро нагревается до тем­пературы, необходимой для ее разрушения.

Наплавку латуни на сталь и чугун выполняют левым способом, непрерывным валиком, в нижнем положении, располагая поверх­ность детали под углом 8… 15° к горизонтали для получения боль­шей толщины слоя наплавки. При наплавке второго и последую­щих слоев кремнистой латунью ЛК62-05 первый слой, наплав­ленный бескремнистой латунью, должен оставаться нерасплав­ленным на толщину не менее 2 мм от поверхности основного металла для сохранения прочности сцепления.

При наплавке латуни на чугунные дет&чи следует учитывать возможность выгорания из него графита при температуре

1173.. . 1223 К, продукты сгорания которого затрудняют смачива­ние поверхности. Поэтому графит предварительно выжигают с поверхности детали окислительным пламенем горелки. В процессе наплавки возможно отбеливание чугуна вследствие высокой тем­пературы нагрева.

Наплавка латуни на чугун с применением порошковых флю­сов требует высокой квалификации сварщика, и ее рекомендует­ся проводить лишь в исключительных случаях.

При осуществлении газофлгосовой наплавки сначала деталь прогревают горелкой до темно-красного каления, соответствую­щего температуре 973 К, при которой начинается смачивание основного металла латунью. До температуры 773 К деталь можно нагревать без подачи флюса в пламя горелки, а затем только с флюсом.

Обрабатываемую поверхность располагают под углом 8… 10° к горизонтали, наплавку проводят левым способом, снизу вверх; угэл наклона оси мундштука к горизонтали 60°; угол между ося­ми мундштука и прутка 90… 110°. Конец прутка должен быть по­гружен в ванну жидкого металла. При правильном течении про­цесса слой наплавляемого металла ложится узким валиком; пары оксида цинка не выделяются; расплавленная латунь ванны не ки­пит; часть ванны, не подвергающаяся воздействию пламени, пол­ностью закрыта пленкой шлака; поверхность наплавленного ме­талла гладкая и покрыта сплошной коркой шлака; поры, свищи и инородные включения отсутствуют.

12.3. Наплавка твердых сплавов

Твердые и износоустойчивые сплавы наплавляют на детали (бу­ровой инструмент, зубья ковшей экскаваторов, лемеха плугов, кла-

136

паны, центры токарных станков, штампы, режущий инструмент и пр.), рабочие поверхности которых подвергаются абразивному из­нашиванию или изнашиванию от трения, ударов и других видов воздействия в процессе работы. Такая наплавка повышает твердость и износоустойчивость деталей, увеличивая срок их эксплуатации, а также снижает расход дорогостоящих легированных сталей.

Лучше всего поддаются наплавке углеродистые стали с содержа­нием углерода не выше 0,6 %, хромоникелевые и ванадиевые стали в отличие от марганцовистых, хромомолибденовых и кремнистых сталей, склонных к закалке и трещинообразованию при наплавке, а также чугуна, которые требуют предварительного подогрева.

Для получения ровного, плотного наплавленного слоя без пор, трещин и отслоений необходимо, чтобы наплавляемый сплав имел более низкую температуру плавления, чем основной металл, а его коэффициент линейного расширения был приблизительно таким же, как у основного металла. Для наплавки используют зер­нистые и порошковые наплавочные смеси, литые сплавы в виде прутков, стальную наплавочную проволоку и электроды, трубча­тые наплавочные стержни и т. п.

III ирокое применение находят следующие износостойкие спла­вы: вокар — зернистый сплав, содержащий вольфрам (при его наплавлении образуется твердый раствор высокотвердых карби­дов вольфрама в железе); релиты — трубчато-зернистые (ТЗ) спла­вь! на основе вольфрама с 3 % углерода; висхом — зернистый сплав, который не содержит вольфрам и состоит из железа, углерода (6 %), марганца и хрома; боридная порошковая смесь (50 % бори — дов хрома и 50 % железного порошка).

При газопламенной наплавке используются в основном литые износостойкие сплавы, так как порошкообразные и зернистые смеси раздуваются газовым пламенем. Литые сплавы имеют тем­пературу плавления 1533… 1573 К и представляют собой твердые растворы карбидов хрома в кобальте (стеллиты) или в никеле и железе (сормайты). Сплавы на железной основе более хрупкие, чем на никелевой и кобальтовой. Стеллиты обладают большей вяз­костью, коррозионной стойкостью и лучшими наплавочными свой­ствами, чем сормайты.

Сормайты выпускают в прутках диаметром 6…7 мм и длиной

400.. .500 мм, а также в виде крупного и мелкого порошка. Прут­ковые сормайты применяют в качестве наплавочного материала для пуансонов, матриц, роликов, деталей засыпных аппаратов доменных печей, лемехов плугов и т. п., порошковые сормайты — для деталей почвообрабатывающих и других машин. Прутковые сормайты используют при проведении газопламенной или дуго­вой наплавки, тогда как порошковые — при наплавке, осуществ­ляемой с нагревом токами высокой частоты. Сормайты имеют сле­дующий химический состав, %: хром — 25…31, никель — 3…5,

углерод — 2,5…3, кремний — 2,8…3,5, до С,97, фосфор — до 0,08, железо — осц плаї ленного слоя 73… 74 HRC.

Если деталь изношена, то перед нанесе на нее наплавляют низкоуглеродистую npoiti ния первоначального профиля. Затем месте шлагов и окалины, снимают фаску или де.} плаї ке сормайта № 1 глубина выточки значения: для деталей, работающих на и для режущих кромок инструмента — 0,5.. работающего при ударных нагрузках, — не кс сэрмайта № 2, который менее хрупок, инструмент, применяемый при горячей of бину выточки, определяющую толщину ра увеличивают в 2 раза. Ширина фаски состг

Г еред наплавкой поверхность детали за1 кого блеска. Наплавку проводят левым сп № 2і 3 или 4 в зависимости от размеров дет; ки непрерывно подогревают обрабатываем^; ла пламенем горелки. Подогрев считается детали появляется тонкая пленка жидкого Напігіавку выполняют слегка науглероживй как окислительное пламя вызывает выгори г мес; й наплавляемого слоя и снижение его ный пруток держат перед пламенем. Пере щес’гвляют так же, как и при газовой сва должна превышать 6…7 мм во избежание ленного слоя.

Твердый сплав можно наплавлять на д нагретую до температуры 773… Ш23 К. Подо коробление и улучшает качество наплавле осуществляют в нижнем положении. Для плаї ляемого слоя с основным металлом в ; няюг прокаленную буру.

Г. ри наплавке металла на инструмент, бурения скважин, применяют стержни ре. щис собой стальные трубки диаметром 6 0,5 мм, заполненные крупным порошком ка использовании стержней релит-ТЗ в наплавлії 15 % железа и 85 % карбидов вольфрама, о1 куюітвердость и износоустойчивость этого рами вкраплены в виде зерен в железную

Для механизации наплавки однотипньї: специальные станки. Например, газопламе: состэйких сплавов на режущую кромку лем ке С ГЛ-3.

Контрольные вопросы

осуществляют наплавку?

газового пламени применяют для наплавки латуни на гические операции выполняют при наплавке латуни

ГЛАВА 13

ПЛАМЕННАЯ ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА

13.1. Сущность процесса и области применения

нной поверхностной закалки состоит в быст- нагреве поверхностного слоя детали до темпе — гЬшей критическое значение Ас3, и послсдую — аждении водой. При этом в поверхностном слое иная (мартенситная) структура (рис. 13.1), пе­вную структуру незакаленного металла через ереходные) зоны. Сердцевина детали сохраня — г|льную структуру. Переходные структуры фор — ате естественного отпуска при отводе теплоты слоя внутрь детали. Благодаря наличию пере — рсключается отслаивание закаленного слоя от имеет место при других способах упрочнения ей, например азотировании и цементации, азано изменение твердости поверхностного слоя кислородным пламенем в зависимости от со — в стали. Для получения достаточной твердости ікалку применяют для сталей, содержащих

сколько вариантов проведения пламенной по­ки (рис. 13.3). При использовании цикличес — . 13.3, а) нагревают всю поверхность изделия

Рис. 13.1. Изменен1!

и твердости закален ли 40 по его ті

/ — мартенсит (закален ip оосто марте мент (пер III — троостит (переході перлит и феррит (сера­

Пламенная поверхностная за­калка находит широкое примене­ние для обработки концов рельсов, крестовин, стрелок, крупно — и мел­комодульных шестерен, штоков компрессоров, роликов и опорных катков, шеек коленчатых валов, зубьев фрез, направляющих станин металлообрабатывающих станков и других деталей.

Основные достоинства пламен­ной поверхностной закалки — про­стота и надежность оборудования, что делает этот способ доступным для использования в любых произ­водственных условиях. В качестве горючего применяют ацетилен, пропан-бутан, природный газ, бен­зин и керосин.

Толщина закаленного слоя зави­сит от скорости перемещения го­релки относительно детали и удель­ного расхода ацетилена (на 1 см ширины закаливаемой поверхно­сти).

Соответствующие зависимости для стали 45 приведены нарис. 13.4.

Глубина закалки уменьшается при снижении удельного расхода ацетилена и возрастании скорости перемещения горелки.

13.2. Технология пламенной поверхностной закалки

Основной инструмент для выполнения закалки этим спосо­бом — горелка. Форма ее мундштука должна соответствовать кон­фигурации поверхности закаливаемой детали. Для закалки приме­няют специальные наконечники, присоединяемые к стволу стан­дартной сварочной горелки НАЗ (рис. 13.5), Г2-05, ГЗ-04, «Моск­ва» и др. Так, для поверхностной термической обработки сталь­ных и чугунных деталей, нормализации, закалки с целью получе­ния мартенсита, сорбита и троостита используют наконечники серии НАЗ, работающие на ацетиленокислородной смеси. В комп­лект НАЗ входят пять наконечников. Закалку деталей типа тел вра­щения выполняют циклическим способом, а деталей с плоской поверхностью — непрерывным способом. Охлаждающие устрой­ства горелок сменные.

Рис. 13.6. Горелка для закалки зубьев шестерен непрерывным способом: водяные сопла; 2 — газовые сопла; 3 — мундштук; 4 — трубка для подвода ацетилена; 5 — трубка для подвода кислорода; ствол горелки; 7 — трубка для подвода воды; 8 — выступы, разделяющие газовые и водяные сопла

На рис. 13.6 показана горелка для закалки зубьев шестерен не­прерывным способом при сс движении снизу вверх. Одновремен­но обрабатывают обе рабочие поверхности одного зуба.

Для массовой закалки однотипных деталей (шестерни, ро­лики и др.) применяют специальные станки и приспособления (рис. ІЗ.7—13.9).

Режимы закалки выбирают по графику, приведенному на рис, 13.10. Наилучшие результаты закалки получаются при удель­ном расходе ацетилена 400…600 дм3/(ч■ см), удельном расходе воды

240.. .360 дм3/(ч*см) и расстоянии между’ зоной нагрева и зоной охлаждения 20…25 мм. Закалку стали, содержащей более 0,6 % С, следует проводить с промежуточным охлаждением воздухом, уделв — ный расход которого составляет 1500…2500 дм3/(ч*см).

Рис. 13.7. Закалка зубьев круиномодульных шестерен:

а — односторонняя закалка зубьев плоской горелкой; б — закалка зубьев на специальных установках УЗШ-1 и АЗШ-2; в — положение мундштуков горелки относительно зуба; 1 — шестерня; 2 — горел ка; 3 — трубка для подачи газов; 4 — трубка для подачи воды; 5 — верхний упор; 6 — нижний упор; 7— золотниковый воздухораспределитель; А, В — положения горелки соответственно мри гашении пламени и в момент начала закалки

а — установка ролика при закалке; б, в — положение ррлика; 1 — патрон токарного станка; 2 — ролик; 3 — подачи газов; 5 — трубка для подачи воды; 6 —

Рис, 13-9. Закалка направляющих:

а — прямоушл] ,ных; б — трубчатых; 1— тележка с электродвигателем; 2 — раз­брызгиватель; 2— горелка; 4— разбрыз­гиватель для щ ед паритель наго и сопут­ствующего охлаждения; 5 — откидная опора; б — прямоугольная направляю­щая; 7— ролик; 8— трубчатая направ­ляющая; 9 — поддерживающая стойка

фик для определения Смещения горелки при тоследовательной за — имости от толщины различных значениях расхода ацетилена

При комбинированном спиральном способе закалки линейными горелками режимы также выбирают по графику, приведенному на рис. 13.10. При этом за один оборот вала суппорт должен пере­местить горелку на расстояние, равное ширине мундштука, а уг­ловая скорость вала должна быть такой же, как при непрерывном способе закалки.

Контрольные вопросы

1. Каковы основные достоинства пламенной поверхностной закалки?

2. Каковы особенности аппаратуры, применяемой для пламенной по­верхностной закалки?

3. Назовите основные технологические параметры процесса пламен­ной поверхностной закалки.

личсство теплоты, которая расплавляет металл в слое толщиной /гж — Л; и подогревает твердый металл впереди, по фронту резки. Окисление слоев расплавленного металла осуществляется при интенсивном перемешивании струей расплава на лобовой поверх­ности реза.

Для протекания процесса кислородной резки необходимы:

• контакт между струей кислорода и жидким металлом;

• подогрев неокисленного металла до температуры воспламе­нения;

• выделение продуктами горения определенного количества теплоты, достаточного для создания на поверхности реза слоя расплавленного металла;

• достаточная вязкость жидкого расплава для обеспечения воз­можности перемешивания жидкого металла струей кислорода.

Приведенные условия определяют требования к металлу, об­рабатываемому кислородной резкой.

Прежде всего, температура плавления оксидов должна быть ниже температуры плавления металла. В противном случае струя кислорода не сможет окислить расплавленный металл. Помимо этого температура воспламенения металла должна быть выше тем­пературы его плавления, иначе металл начнет плавиться и выду­ваться струей кислорода без последующего его окисления (пла­вильный процесс). Этот процесс требует значительных энергети­ческих затрат.

При малой теплоте образования оксида лобовая поверхность реза не прогревается до температуры плавления, и процесс резки прерывается. По той же причине отрицательно сказывается на возможности подвергать металл кислородной резке его высокая теплопроводность. Значительная вязкость расплава не обеспечи-

Рис. 14.1. Схема процесса кисло-
родной резки:

1 — кислород: 2 — жидкий оксид; 3 — расплавленный металл; 4— твердый ме­талл; Г* — температура струи кислоро­да; Т, — температура поверхности ок­сида; Т1И — температура плавления ме­талла; Г0 — температура металла в ис­ходном состоянии; S — толщина листа; к’ж — толщина слоя жидкого оксида; А* — толщина жидкого слоя на лобо­вой поверхности реза; <вп — скорость струи кислорода
вает его турбулизации в поверхностном слое, что уменьшает вы­деление теплоты на кромке реза.

Среди чистых металлов кислородной резкой хорошо обрабаты­ваются железо, титан и марганец. Так, температура плавления, железа равна 1808 К, температура воспламенения — 1323 К; тем­пература плавления FcO составляет 1643 К.

Тепловой эффект реакции горения железа довольно высок (269 МДж/моль). Поскольку теплопроводность железа невелика, лобовая поверхность реза разогревается при резке до высоких тем­ператур (1873 …2273 К).

Реакция горения титана сопровождается более значительным’ тепловым эффектом (906 МДж/моль), тогда как теплопроводность титана ниже, чем у железа. Температура лобовой поверхности при резке титана превышает 2773 К. Поэтому он разрезается с более высокой скоростью, чем сплавы железа.

Нельзя разрезать обычным кислородным способом Ni, Си, А1, Mg, Сг и Zn.

В технике за редким исключением применяют не чистые ме­таллы, а их сплавы, причем наиболее широко используют сплавы, железа и углерода — сталь и чугун. Для придания стали высоких прочностных характеристик, пластичности, коррозионной стой­кости в различных средах, жаропрочности и других свойств в ее состав вводят различные легирующие элементы — Mn, Si, Сг, Ni, Ті, А1 и др. Наличие примесей влияет на возможность обра­ботки стали кислородной резкой, поскольку в слое жидкого рас­плава, выдуваемого из реза кислородной струей, образуются ту­гоплавкие оксидБі. Они уменьшают жидкотекучесть расплава и пре­пятствуют интенсивному теплообмену между расплавом и кисло — г родом режущей струи. Элементы, расположенные в ряду хими­ческой активности по отношению к кислороду за железом, сни­жают активность окисления расплава. При окислении расплава, перемещаемого струей кислорода вдоль лобовой поверхности реза, их содержание в расплаве увеличивается, что приводит к тормо­жению процесса окисления стали.

Остановимся более подробно на влиянии легирующих приме­сей на процесс кислородной резки стали.

Увеличение содержания углерода в стали, с одной стороны, приводит к повышению температуры ее воспламенения в струе кислорода, а с другой — к снижению температуры плавления. При содержании углерода не более 1 % практически все стали (низко­углеродистые, конструкционные, в том числе инструментальные) обрабатывают кислородной резкой без затруднений. Кроме того, повышение содержания углерода в стали снижает ее вязкость. Именно этим обстоятельством можно объяснить более низкие скорости резки армко-железа, содержащего сотые доли процента углерода. Увеличение содержания углерода в стали (более 1 %)
вызывает повышение температу­ры ос воспламенения и сниже­ние температуры ее плавления (рис. 14.2), что приводит к на­рушению одного из условий осу­ществимости кислородной рез­ки (см. выше). В связи с этим чу — гуны не могут подвергаться обычной кислородной резке.

Марганец и медь в количе­ствах, обычно встречающихся в сталях, практически не влияют на технологические параметры кислородной резки. Этим спосо­бом можно разрезать стали, со­держащие до! 8 % марганца.

Кремний, хром, алюминий й никель при увеличении их содер­жания в стали ухудшают процесс резки. В низколегированных ста­лях кремний обычно содержится в небольшом количестве (до 2 %), что почти нс сказывается на скорости резки. При содержании в сталях до 2 % хрома их также разрезают с использованием режи­мов, принятых для низкоуглеродистых сталей. Увеличение содер­жания хрома до 6 % приводит к снижению скорости резки. При еще более высоком содержании хрома из-за образования туго­плавких оксидов хромистые стали не могут быть обработаны обыч­ной кислородной резкой. В этом случае в разрез вводят специаль­ные флюсующие материалы.

Стали с высоким содержанием никеля (до 30 %) можно разре­зать кислородным способом, если содержание углерода в них не превышает 0,35 %, иначе резка затрудняется и требуется предва­рительный подогрев.

Кислородная резка стали, содержащей до 10 % вольфрама, осу­ществляется без затруднении. При более высоком содержании воль­фрама в разрезе образуется большое количество вязких тугоплав­ких оксидов вольфрама, препятствующих удалению расплава из реза. В этом случае необходимо применять специальные способы кислородной резки.

Следует отметить, что приведенные данные по влиянию леги­рующих примесей на способность стали подвергаться кислород­ной резке относятся лишь к отдельным компонентам. В стали, как правило, имеется несколько составляющих, которые при окисле­нии могут образовывать в разрезе шлаки сложного химического состава, существенно влияющие на возможность кислородной рез­ки стали.

По типу образующихся разрезов различают разделительную кислородную резку, при проведении которой металл окисляется струей кислорода на всю толщину, после чего одна часть металла отделяется от другой, и поверхностную, позволяющую удалять слои металла с поверхности изделия.

Низкоуглеродистые, конструкционные и низколегированные стали подвергают обычной кислородной резке, тогда как заготов­ки из высоколегированных сталей, чугуна и цветных сплавов — кислородно-флюсовой.

Существуют особые способы кислородной резки — подводная, выполняемая, как правило, при ремонтных работах под водой, копьевая и электрокислородная.

В настоящее время кислородная резка наряду с дуговой свар­кой является одним из основных технологических процессов в за­готовительном производстве и находит широкое применение в металлургии, металлообрабатывающих отраслях промышленнос­ти и строительстве.

По степени механизации процесса кислородная резка подразде­ляется на ручную и механизированную.

Ручная кислородная резка используется на тех предприятиях, где объем перерабатываемого металла невелик и применение средств механизации экономически неоправданно. Она служит для вырезки заготовок под последующую ковку и штамповку по раз­метке из листа, резки профильного проката и труб, отрезки при­былей и литников в литейном производстве, а также при прове­дении ремонтных работ.

За последние годы достигнуты серьезные успехи в разработке и выпуске средств механизации процесса кислородной резки, и і прежде всего координатных портальных и портально-консольных [ машин с фотоэлектронным и числовым программным управле — | нием. Использование многорезаковых машин обеспечило значив! тельное повышение уровня механизации газорезательных работ, ; рост производительности труда в заготовительном производстве И : экономию материалов. В настоящее время в ведущих отраслях про­мышленности, таких, как тяжелое, транспортное, энергетичес­кое и химическое машиностроение, связанных с переработкой наибольшего объема металла, уровень механизации газорезатель­ных работ составляет 70… 80 %.

Высокий уровень механизации процесса резки на современных машинах с фотоэлектронным и особенно с числовым программ — | ным управлением создал предпосылки для разработки и внедре — і ния в производство поточных комплексно-механизированных и гибких автоматизированных линий термической резки листовой ; стали, на которых механизированы не только процесс резки, но і и подготовка листа, его подача к режущей машине, разборка вы — : резанных заготовок, их разметка и складирование.

Экономичным технологическим процессом зарекомендовала себя кислородная резка в металлургии при удалении прибылей, местных дефектов в отливках, сплошной огневой зачистке слябов и блюмов на специальных машинах с целью удаления дефектного поверхностного слоя перед прокаткой. Кислородная резка являет­ся одним из основных технологических процессов при непрерыв­ней разливке стали и служит для разделения слябов и блюмов на меірньїе заготовки.

Кислородно-флюсовая резка коррозионно-стойких сталей, чу — йа и цветных металлов нашла широкое применение для обра­ти и отливок, листовой стали и труб в различных отраслях эко — нсмики.