Особливості зварювання найпоширеніших конструкційних матеріалів

До найпоширеніших конструкційних матеріалів належать сталі, чавуни, алюмінієві й мідні сплави.

На зварюваність вуглецевої сталі істотно впливає вуглець, зі збільшенням вмісту якого її твердість підвищується, а плас­тичність зменшується.

Найкраще з'єднуються всіма способами дугового зварюван­ня низьковуглецеві сталі (до 0,25 % С), оскільки вони практи­чно не гартуються.

Значно складніше зварювати середньовуглецеві сталі (С = 0,30...0,45 %) через їх схильність до утворення структур підвищеної твердості й виникнення тріщин.

Високовуглецеві сталі (С = 0,46...0,75 %) практично не зва­рюються. У них особливо велика схильність до утворення струк­тур гартування порівняно з середньовуглецевими сталями й до зростання зерна в зоні термічного впливу. Щоб не допустити критичної швидкості гартування, рекомендовано підігрівати перед зварюванням середньо- та високовуглецеві сталі до температур 100...300 С залежно від вмісту вуглецю. Знизити зварювальні залишкові напруження можна, якщо відразу піс­ля зварювання відпустити сталь при температурі понад 300 °С.

Зварюваність низьколегованих конструкційних сталей ви­значається, насамперед, відсотковим вмістом вуглецю і легувальних елементів. Зі збільшенням частки перелічених елементів підвищується схильність легованих сталей до гартування і до утворення тріщин. Під час зварювання спостерігається виго­рання легувальних елементів, тому ці втрати необхідно компен­сувати, використовуючи електроди відповідного складу. Перед зварюванням рекомендується підігрівати заготовки до 150... 350 °С, а після зварювання отриманий виріб відпалювати, нор­малізувати або відпускати при високій температурі.

Особливістю зварювання нержавких хромових сталей є іс­тотне зростання зерна, зниження міцності й пластичності шва та зони термічного впливу, вигорання хрому й випадання карбі­дів на границях зерен. Через випадання карбідів зменшується вміст хрому в пограничних зонах зерен і знижується корозійна тривкість сталі. Щоб запобігти всім переліченим негативним впливам, необхідно перед зварюванням підігрівати заготовки, зварювати малими струмами, а після зварювання застосовува­ти відпал.

Нержавкі хромонікелеві аустенітні сталі аналогічно хро­мовим під час повільного охолодження в інтервалі температур 500...800 °С виділяють на границях аустенітних зерен карбіди хрому, від чого знижується їх корозійна тривкість. Ці сталі зварюють електродами, які містять мало вуглецю і сильні карбідоутворювальні елементи (Ті, Сг). Щоб позбутись карбідів хрому, сталь нагрівають до 1050... 1100 °С (під час чого карбіди переходять у твердий розчин), а потім швидко охолоджують, фіксуючи однофазову аустенітну структуру. Зварюваність сі­рих, ковких і високоміцних чавунів незадовільна через утво­рення у зварному шві відбілених структур і прогартовування зони термічного впливу, що призводить до поганої оброблюва­ності різанням і схильності до утворення тріщин. Тому чавуни зварюють лише тоді, коли необхідно виправити незначні дефе­кти лиття або відремонтувати відповідальні деталі. Високу тве­рдість шва і зони термічного впливу можна зменшити високо­температурним і довготривалим відпуском.

Розрізняють гаряче та холодне зварювання чавунів.

Перед гарячим зварюванням заготовки підігрівають до 400...700 °С у горнах або печах, підтримують якнайдовше зада­ну температуру під час зварювання, а потім охолоджують ра­зом з піччю або засипають заготовки сухим піском. У такий спосіб не допускають відбілювання шва та прогартовування прилеглої до нього зони. Перед зварюванням вирізують дефект­ну частину виливка. Чавунними електродами створюють ванну значного об'єму, що додатково сприяє повільному охолоджен­ню. З огляду на високу трудомісткість гаряче зварювання за­стосовують рідко.

Холодне зварювання чавунів виконують переважно сталеви­ми, мідно-залізними або мідно-нікелевими електродами малого діаметра без підігрівання заготовки. Щоб підвищити міцність шва, у зварювані краї заготовок вкручують сталеві шпильки, виступи яких разом з металом електрода і заготовок утворюють зварний шов. Холодне зварювання не виключає утворення струк­тур високої твердості в зоні термічного впливу. Його якість гір­ша за якість шва гарячого зварювання, проте холодне зварю­вання дешевше.

Зварювання алюмінію та його сплавів ускладнюється через утворення на поверхні крапель електродного металу й металу ванни оксидної плівки А1₂0₃ з температурою плавлення 2050 °С, через схильність металу шва до газової пористості й утворення тріщин, високу теплопровідність металу й низьку температуру його плавлення.

Щільна тугоплавка плівка А1₂0₃, хоч і захищає метал від оксидації, проте заважає сплавленню крапель електрода й зварювальної ванни. Щоб позбутись оксидної плівки, використову­ють у покриттях електродів та у флюсах активні хлористі та фтористі солі лужних і лужноземельних металів (NaCl, КСl, ВаСl, LiF, CaF₂). Ця плівка також може бути зруйнована швид­кими й важкими позитивними іонами, якщо вона перебуває в катодній зоні дуги.

Причиною газових пор зварного шва є водень, який потрап­ляє у рідкий метал з поверхонь заготовок і електрода, насиче­них вологою, адсорбованою оксидом алюмінію. Уникнути пороутворення можна через очищення від Аl₂0₃ поверхонь елек­тродів і країв з'єднуваних заготовок.

Дуже часто зварювальну ванну захищають інертними га­зами.

Зважаючи на високу теплопровідність й низьку температу­ру плавлення алюмінію та його сплавів, для їх зварювання вико­ристовують дугу відносно великої потужності. Зварюють постій­ним струмом, коли катодом є виріб, а також змінним струмом. Не рекомендується нагрівати основний метал понад 500 °С че­рез можливе розплавлення границь зерен.

Алюмінієві вироби, нагріті під час зварювання до темпера­тури 400... 500 °С, втрачають міцність і можуть легко зруйну­ватись без прикладання додаткових сил. Щоб запобігти цьому, зварюють на металевих підкладках відповідної форми.

Слід зазначити, що без особливих ускладнень зварюються незміцнювані термообробкою сплави алюмінію типу АМr і АМц. Найгірше зварюються термічно зміцнені дюралюміни, бо від нагрівання істотно погіршуються їх механічні властивості.

На зварюваність міді негативно впливають її здатність у рід­кому стані легко оксидуватись і добре розчиняти водень та пару води, а також підвищена рідкоплинність, висока теплопровід­ність та великий коефіцієнт лінійного розширення.

Оксиди погіршують властивості мідного шва. Для захисту від оксидації застосовують флюси, які наносять на зварювані поверхні та на електроди. Флюси складаються з бури Na₂B₄0₇, борної кислоти Н₃В0₃ та з інших речовин. Часто місце зварю­вання захищають аргоном, гелієм або азотом.

Розчинені у рідкому металі гази під час охолодження виді­ляються, утворюючи газові порожнини.

Підвищена рідкоплинність міді заважає накладанню стельо­вих і вертикальних швів. А для зварюваних елементів завтовш­ки понад 5 мм застосовують попереднє підігрівання до 250... 300 °С.

Під час зварювання латуней бажано не допустити випаро­вування цинку, від випару якого у шві виникають пори. Крім цього, випари цинку отруйні, що вимагає захисту зварника за допомогою спеціальної маски. Як захисний матеріал викорис­товують покритий флюсом дріт з підвищеним вмістом цинку. Зварюють короткою дугою. Окрім флюсів застосовують захисні гази.

Бронзи зварюють швидко, з охолодженням, щоб уникнути втрат легкоплавких складових, зокрема олова.

При підвищених температурах титан активно взаємодіє з киснем і азотом. Тому під час зварювання титану й подальшого його охолодження до 400 °С необхідний надійний захист, а пе­ред зварюванням — усунення з поверхні заготовок і зварюваль­ного дроту оксидно-нітридної плівки. Для захисту використо­вують аргон або флюси, вільні від кисню.

Дата добавления: 2014-01-07