г на постоянном токе обратной полярности; коэффициент расплавления )й проволоки около 20 г/(А-ч). При сварке меди толщиной более 15 мм

выполняют электродной

рекомендуется разделка под углом 90° с притуплением или сварка расщепленным электродом. Сварку осуществляют на графитовой подкладке или на флюсовой подушке. Подготовка кромок и электродной проволоки должна быть тщательной - зачистка до металлического блеска и обезжиривание. Флюс доллсен быть прокален при 300-400° С. Сварку ведут при жестком закреплении или по прихваткам. Режимы сварки меди иод флюсами АН-20, АН-20 и АН-М1 можно определить по рис. 10.

Для сварки латуни марок Л63 и Л062-1 применяют медную проволоку с использованием плавленого флюса МАТИ-5 или АНФ-5. Этот способ сварки допускает получение сварных соединений из медн со сталью. При сварке в этом случае электрод смещают на медь и подбирают такой режим, чтобы жидкая медь контактировала со сталью минимальное время во и.збежание хрупких прослоек (диффузия меди между зернами стали).

1,А 2000

1200 400

д/у&, кал/см

5000 ШО 3000 2000 1000

о 10 20 30 40 tin а)

25 б)

35 мп

Рис. 10. Выбор релсимов сварки меди под флюсами (АН-20; АН-26; АН-М1) с зависимости от толщины металла:

а - сварочный ток I; б - минимальная удельная погонная энергия qjvb

Керамический флюс К-13 МВТУ применяют при сварке меди, меди со сталями и наплавке меди на сталь. В состав флюса входят компоненты, %: глинозем 20; плавиковый шпат 20; кварцевый песок 8-10; магнезит 15; мел 15; бура безводная 15-19; порошок алюминия 3-5. Шихту замешивают на жидком стекле, гранулируют и после сушки прокаливают в течение 1-2 ч при 450° С. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности (табл. 17) при жестком закреплении на аддкладке из охлаждаемой меди (толщиной до 2,5 мм) или на графите (толщиной 5-6 мм).

Применение керамического флюса, кроме хорошего раскисления металла шва, г озволяет легировать металл шва нужными компонентами (хромом, никелем и др.) ерез флюс. Электро- и теплопроводность металла шва получается иа уровне гпряы теплопроводности основного металла. Механические свойства сварного мряи приближаются к свойствам основного металла. Для сварки пязпяГы* ° применять также флюс ЖМ-1, хорошо стабилизирующий дуговой мпямпп 9R.°°-°i РУ переменном токе. Состав флюса ЖМ-1, % : ZaK 3,5Тклю?нийТГ п-звиковый шпат 8, древесный уголь 2,2; борный

Ш-5?*mS? *° сварка меди и ее сплавов. Сварку меди большой толщины электоолом R осуществлять электрошлаковым процессом с пластинчатым f д . D ис?, t,. О. Патона разработаны флюсы для этого процесса, содер-

жащие фториды щелочных и щелочноземельных металлов. Температура плавления флюсов должна быть пиле температуры плавления меди. Механические свойства металла шва мало отличаются от свойств основного металла: ~ 19 -f-i- 20 кгс/мм2; б = 46 47%; - 16 кгс-м/см

Дуговая сварка в защитных газах. Автоматическую, полуавтоматическую и ручную сварку меди в среде защитных газов можно производить плавящимся и неплавящимся (вольфрамовым) электродом. Наиболее часто для чистой меди применяют сварку вольфрамовым электродом (для толщин до 10 мм) с подачей присадочной проволоки, реже - сварку плавящимся электродом. Применяют защитные газы: аргон высшего сорта по ГОСТ 10157-73, гелий особой чистоты по МРТУ 6-02-274-66, азот особой чистоты по МРТУ 6-02-375-66. Наиболее целесообразно применять азот высокой чистоты, в котором эффективный и термический КПД дугового разряда выше, чем для аргона и гелия. При сварке в азоге глубина проплавлегшя получается выше, чем при сварке в аргоне и гелии, но устойчивость дугового разряда в азоте ниже, чем в аргоне и гелии. Эти результаты объясняются наличием мощных плазменных потоков в дуге, горящей в азоте, и более высоким запасом энтальпии азотной плазмы (диссоциация No). Однако при сварке в труднодоступных местах или при сварке меди малой толщины ф < 1 мм) предпочтение следует отдать аргону, как защитному газу, в котором наблюдается наибольшая устойчивость дугового разряда. Несмотря на высокую чистоту защитных газов, медь при сварке подвергается окислению, и молет возникать пористость, что определяет необходимость применения легированных присадочных и электродных проволок.

Сварку меди неплавящимся вольфрамовым электродом осуш,ествляют на постоянном токе прямой полярности; используют электрод из лантанированного вольфрама, который обладает удовлетворительной устойчивостью в защитных газах, в том числе, и в азоте особой чистоты. При сварке электрод располагают строго в плоскости стыка, наклон электрода 60-80° углом назад . При сварке меди толщиной более 4-5 мм рекомендуется подогрев до 300-400° С.

Присадочные проволоки из чистой меди Ml и МО при сварке обеспечивают получение металла шва, по составу и физическим свойствам близкого к основному металлу, однако механические свойства сварного соединения понижены, а пористость уменьшает плотность металла шва. При введении в состав присадочных проволок раскислителей и легирующих компонентов механические свойства сварного соединения возрастают, но, как правило, снил<аются тепло-и электропроводность металла шва, что недопустимо при сварке ответственных изделий из чистой меди. В таких случаях рекомендуются присадочные проволоки, легированные сильными раскислителями (в микроколичествах), которые после Сварки не остаются в составе твердых растворов, а переходят в свои соединения (высокодисперсные, шлаковые включения), и поэтому ие влияют на физические свойства металлов. Аргонодуговая и азотно-дуговая сварки будут различаться По составу присадочных проволок, так как в азоте возможно образование нитридов некоторыми легирующими компонентами. Составы присадочных проволок приведены в табл. 18 и 19.

Присадочные проволоки, приведенные в табл. 20, позволяют получить металл шва с физическими и механическими свойствами на уровне свойств основного металла Ml; коррозионная стойкость сварных соединений такая же как и у основного металла. Рекомендуемые режимы сварки приведены в табл. 20.

При сварке меди плавящимся электродом в защитных газах капли металла проходят через дуговой промел<уток, перегреваются и подвергаются более сильному окислению за счет воздушной атгтосферы, попадающей в струю защкт.чого газа. Поэтому для электродгюго металла употребляются проволоки из медного сплава марок БрКМцЗ-1, МНЖКТ5-0.2-0,2. Металл шва утрачивает физические свойства чистой меди, но по механическим свойствам сварные соединения Получаются удовлетворительные.

Электродную проволоку и кромки основного металла зачищают до блеска и обезжиривают. Медь толиишой до 5-6 мм можно сваривать без разделки кро-

18. Присадочные проволоки для сварки меди неплавящимся электродом

19. Присадочные проволоки Для сварки чистой меди

20. Рекомендуемые режимы сварки меди неплавящимся электродом в среде защитных газов; соединение стыковое на медной подчладке или флюсовой подушке

Дуговую сварку латуней и других сплавов меди, содержащих цинк, рекомендуется вести с низкоопущенным соплом. Расход защитного газа зависит от его плотности и теплофизических свойств (л/мин): аргона 8-10, гелия 10-12, азота 10-14.

Сварку меди плавящимся электродом в воздушной атмосфере можно производить электродной проволокой, сильно легированной активными раскислителями - редкоземельными металлами. Этот вид сварки применяется на заводе Комсомолец .

Особенности сварки биметалла медь-сталь, наплавки меди на поверхность стали и сварки меди со сталью. При осуществлении этих технологических операций возможно возникновение хрупких слоев за счет интенсивного проникновения меди в поверхностные слои стали по границам .зерен. Процесс проникновения определяется температурой и временем контактирования жидкой меди с твердой сталью. Для уменьшения проникновения меди по границам зерен процесс сварки меди со сталью или процесс наплавки меди на сталь надо производить при минимальной погонной энергии и с минимальной глубиной проплавления, используя дополнительное охлаждение для ускорения кристаллизации медного слоя.

Наплавку меди на сталь можно производить, используя различные способы сварки, соблюдая указанные выше условия. Хорошие результаты можно получить при наплавке под флюсом [5] плавящимся электродом, подающимся автоматической головкой, совершающей колебания в плоскости, перпендикулярной к поступающему движению. Стальную поверхность можно охлаждать со стороны, противоположной наплавке, или охлаждать непосредственно металл наплавки водоохлаждаемыми устройствами. При наплавке меди в среде аргона плавящимся электродом следует соблюдать аналогичные условия.

При сварке меди со сталью плавящимся электродом надо электрод отклонять в сторону меди, так как магнитное дутье в процессе сварки будет возвращать дуговой разряд на свариваемые кромки. При сварке необходимо применять минимальные токи, обеспечивающие формирование сварного шва.

Сварку биметалла медь - сталь можно осуществлять со стороны плакирующего слоя или со стороны стали. В первом случае неизбежны удаление плакирующего слоя на стыкуемых кромках, сварка стали, зачистка полученного шва и наплавка меди на сталь для восстановления плакирующего слоя. При возможности сварки со стороны стали плакирующий медный слой в зоне сварки не удаляют; после сварки стали производят заварку стыка на плакирующем слое любым способом. Разделку кромок и конструктивные размеры сварных соединений принимают по ГОСТ 16098-70.

Список литературы

1. Евсеев Г. Б., Глизманенко Д. Л. Оборудование и технология газопламенной обработки металлов и неметаллических материалов. М., Машиностроение , 1974, с. 112-122.

2. Клячкин Я. Л. Сварка цветных металлов и сплавов. М., Машиностроение , 1964, 336 с.

3. Коренюк Ю. М. Сварка меди под флюсом. М., Машиностроение . 1967, с. 5-60.

4. Лычко И. И., Илющенко В. М., Алексеев А. П. Электрошлаковая сварка толстолистовой меди. - Автоматическая сварка , 1967, № 10, с. 80.

5. Смирягин А. П. Промышленные цветные металлы и сплавы. М., Металлургиз-дат, 1956. 559 с.

6. Справочник по сварке. Под ред. А. И. Акулова. Т. 4. М., Машиностроение , 1971. 415 с.

7. Фролов В. В., Арутюнова И. А. Автоматическая сварка и наплавка меди и ее сплавов под керамическими флюсами. Кн.; Сварка цветных металлов. МДНП, 1961, с. 41-54.

8. Фролов В. В., Ермолаева В. И. О неравномерности распределения водорода в меди при сварке. - Сварочное производство , 1975, № 12, с. 28-29.

мок. Для сварки вакуумно-плотных швов выполняют разделку вакуумный замок с обязательной проваркой корневого шва. Сварку осуществляют на подкладках из прокаленного графита или медных пластин, охлаждаемых водой. Чрезмерное охлаждение медной подкладки и появление точки росы может вызвать пористость в нижней части шва. Медь толщиной более 5 мм сваривают на флюсовой подушке. Швы большой протяженности сваривают по прихваткам, проставленным с шагом 300-400 мм.

Глава 12

СВАРКА НИКЕЛЯ И НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

СОСТАВ И СВОЙСТВА НИКЕЛЯ И НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

Никель и никелевые сплавы (содержащие 55% N1 и более) являются важнейшими конструкционными материалами. Благодаря высокой коррозионной стойкости, жаропрочности и жаростойкости их широко используют в химической и нефтехимической промышленности, энергетике, электронике и других отраслях промышленности, t J t f

При нагреве никель не претерпевает никаких фазовых превращений, которые усложняли бы его структуру. Он имеет гранецентрированную кубическую решетку и обладает физическими свойствами, схожими со свойствами сплавов железа аустенитной фазы. Никель используют для переработки на полуфабрикаты (листы, ленты, полосы и т. д.), как конструкционный материал и для изготовления сплавов на никелевой основе (табл. 1 и 2).

1. Химический состав никеля, % (ГОСТ 849-70)

2. Основные механические свойства никеля при 20° С

Состояние металла

Чистый никель (в отожженном состоянии Никель:

кованый ................

отожженный..............

Листы:

холоднокатаные ............

отожженные............. .

Проволока:

холоднокатаная ............ ,

отожженная ..............,

Никель обладает высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах. Никель чистоты 99,93 и выше имеет малое элек1ричоское сопротивление и по-

этому его широко используют в электронной технике.

3. Механические свойства низких температурах

никеля при

Никель сохраняет пластические свойства при низких температурах (табл. 3).

Небольшие добавки марганца, кремния, углерода, магния и других элементов, содержащихся в техническом (полуфабрикатиом) никеле, вводят как раскислители и десульфураторы. Никель обладает высокой коррозионной стойкостью и повышенными механическими свойствами. Моиель (табл. 4) по структуре otIiO-сится к сплавам типа твердых растворов. Медь и небольшие присадки железа и кремния нахо,!1,ятся в твердом растворе и самостоятельных фаз ие образуют. Все сплавы типа монеля устойчивы против коррозии на воздухе, в морской и пресной воде, в растворах серной кислоты при концентрациях до 80%, а также в сухих газах при обычных температурах; хорошо противостоят действию водных растворов солей, щелочей, пара и органических кислот. Ползучесть и жаропрочность никель-медных сплавов при 250-500 С выше, чем ползучесть и жаропрочность медных сплавов. Плотность никеля, содержащего 98,5-99,5% Ni,

составляет 8,7-8,84 г/см. Температура плавления никеля в зависимости от степени его чистоты 1430-1455° С, а температура кипения при атмосферном давлении 2730-3080° С. Средняя удельная теплоемкость никеля в интервале температур 20-1630° С несколько меньше, чем у железа. Коэффициент теплопроводности технического никеля при 20° С составляет 0,1428 кал/(см-с-°С). С повышением температуры до 360° С (точки Кюри) теплопроводность никеля понижается, а при дальнейшем повышении температуры - возрастает. Коэффициент линейного расширения никеля тем больше, чем выше чистота металла, и для металла чистотой 99,1% при 20° равен 13,3-10-6 1/°С.

4. Химический состав некоторых марок никеля и медно-никелевых сплавов, % (ГССТ492-73)

В промышленности в основном используют сплавы па никелевой основе, приведенные в табл. 5. Они обладают, в зависимости от состава, высокой окалино-стойкостью, жаропрочностью, коррозионной стойкостью, большим электрическим сопротивлением и термоэлектродвижущей силой и т. д. Хром, а иногда кремний и алюминий, вводят в сплавы для улучшения их окалиностойкости. Для повышения жаропрочности применяют легирующие присадки: титан, алюминий, бор, ниобий, кальций, молибден, вольфрам и др. Большей частью эти элементы вводят в сплавы одновременно в определенных сочетаниях, и чем выше должна быть жаропрочность, тем более сложен химический состав сплава. Медь, хром, железо и кобальт образуют с никелем бинарный (двойной) твердый раствор в широком диапазоне концентраций и поэтому при обычных концентрациях в сплавах мало влияют на их свариваемость. При содержании в сплаве 20% Мо и выше образуется а-фаза. Сера, фосфор, магний, цирконий, бор и свинец нерастворимы в никеле и могут образовывать эвтектики, которые вызывают кристаллизационные трещины, если не применяют меры, предупреждающие их. Бор и цирконий в небольших количествах добавляют в некоторые сплавы для повышения их жаро-