27. Характеристика свариваемости металлов и сплавов. Особенности сварки различных конструкционных материалов: сталей, алюминиевых, титановых, магниевых сплавов, разнородных материалов.

Свариваемость — комплексная технологическая характеристика металлов и сплавов, выражающая реакцию свариваемых материалов на процесс сварки и определяющая техническую пригодность материалов для выполнения заданных сварных соединении, удовлетворяющих условиям эксплуатации. На свариваемость оказывают влияние различные взаимосвязанные факторы. Их можно разбить на три группы.

Фактор материала — влияние на свариваемость металлов, определяемое их химическим составом, способом выплавки, наличием вредных примесей, степенью раскисления и последующими операциями прокатки, ковки, термообработки.

Конструктивный фактор — влияние на свариваемость конструкции сварного соединения, характеризующееся сложностью формы и жесткостью. Сложность формы и жесткость конструкции оцениваются концентрацией сварных соединений, последовательностью их выполнения, состоянием напряженности элементов сварной конструкции перед монтажом, массой и толщиной свариваемых элементов.

Технологический фактор — определяет свариваемость металлов в зависимости от вида сварки, сварочных материалов, параметров режима сварки, достижения определенной степени однородности сварного соединения, раскисления металла шва и термического воздействия на основной металл.

В результате местного нагрева или расплавления в металле сварного соединения протекают физико-химические процессы, которые обусловливают степень неоднородности свойств сварного соединения по сравнению с основным металлом или влекут за собой появление дефектов в виде пор, неметаллических включений, трещин.

Степень свариваемости представляет собой количественную или качественную характеристику, которая показывает, насколько изменяются свойства металла при сварке и выполнимо ли сварное соединение при определенных условиях. Например, на основе механических испытаний можно установить, насколько изменились прочность, пластичность, ударная вязкость и другие свойства металла под воздействием процесса сварки. Одной из наиболее существенных характеристик свариваемости является отсутствие горячих или холодных трещин в металле шва и околошовном участке.

При практической оценке свариваемости следует учитывать следующее: металл, неспособный к образованию сварного соединения одним видом сварки, можно сваривать другим видом; конструкция сварного соединения и расположение его на изделии выбраны таким образом, что образование сварного соединения исключено, в результате чего данный металл или вид сварки может быть признан непригодным; сварное соединение, полученное одним и тем же видом сварки, в одном случае может быть признано пригодным, а в другом случае — непригодным для эксплуатации.

Особенности сварки различных материалов

Сварка низкоуглеродистых сталей

Хорошо свариваются низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,25% углерода. Такие соединения легко обрабатываются режущими инструментами. Чтобы исключить перегрев и образование закалочных структур, используют многослойную сварку с большим интервалом времени между наложением слоев. Дуговую сварку металла толщиной 2 мм обычно ведут на постоянном токе обратной полярности. Изделия толщиной более 15 мм подвергают после сварки термообработке. Сварка толстого металла «каскадом» или «горкой» с замедлением скорости охлаждения металла и околошовной зоны предупреждает образование закалочных структур. Дефектные участки обычно подваривают швами нормального сечения длиной не менее 100 мм или предварительно подогревают до температуры 150-200 °С.

Сварка углеродистых сталей

Сварка таких марок сталей часто чревата образованием трещин как в основном, так и в наплавленном металле. Чтобы получить качественное соединение, необходимо соблюдать следующие соотношения между диаметром электрода и значением сварочного тока:Диаметр электродов, мм 2 2,5 3

Сварочный ток, А 40-60 50-75 80-100

Диаметр электродов, мм 4 5 6

Сварочный ток, А 130-150 170-200 200-280

Сварка алюминия и его сплавов

Чистый алюминий имеет ограниченное применение из-за своей низкой прочности и высокой пластичности. В повседневной жизни находят применение сплавы алюминия — дюралюмины и силумины. При сварке алюминия на поверхности расплавленного металла образуется тугоплавкая пленка оксида алюминия, которая препятствует процессу сплавления между собой частиц металла. Разность между температурой плавления оксида алюминия (2050 °С) и температурой плавления алюминия (658 °С) создает технологические трудности в ходе сварочных работ.

Независимо от способа сварки изделия должны проходить специальную подготовку. Поверхности обезжиривают и удаляют с них пленку оксида алюминия. Точно так же подготавливают присадочную проволоку и электродные стержни перед нанесением на них покрытия. Обезжиривание проводят с помощью растворителей, например авиационного бензина или технического ацетона. Следующий этап — механическая зачистка или химическое травление, которое удаляет оксидную пленку. Обезжиривание и травление проводят не более чем за 2-4 ч до сварки

Для неответственных изделий применяется ручная сварка угольным электродом на постоянном токе прямой полярности. Если металл имеет толщину до 2 мм, то сварку ведут без присадки и без разделки кромок; при толщине металла свыше 2 мм сварку выполняют с зазором, равным 0,5-0,7 толщины свариваемых листов или с разделкой кромок Ручную сварку покрытыми электродами выполняют при изготовлении конструкций из технического алюминия, сплавов АМц и АМг и силумина. При умеренных токах требуемое проплавление обеспечивается использованием постоянного тока прямой полярности с предварительным подогревом (для средних толщин — 250—300 °С, для больших толщин — до 400 °С). Скорость сварки алюминия должна быть выше, чем скорость сварки стали. Она ведется непрерывно в пределах одного электрода в связи с тем, что пленка шлака на кратере в конце электрода препятствует повторному зажиганию дуги.

Сварочный ток принимается из расчета не более 60 А на 1 мм диаметра электрода — это обеспечит устойчивость процесса и минимальные потери при разбрызгивании. Электроды предварительно просушивают при температуре 150—200 °С в течение 2 ч. При ручной аргонодуговой сварке применяют неплавящиеся вольфрамовые электроды в осушенном от влаги аргоне высшего сорта на переменном токе. Если толщина свариваемого металла равна 5-6 мм, то применяются электроды диаметром 1,5-5 мм.

Техника сварки имеет здесь свои особенности. Между электродом и присадочной проволокой должен выдерживаться угол примерно в 85-90°. При подаче присадки используют возвратно-поступательные движения. Эффективная защита достигается оптимальным расходом газа. Металл толщиной до 10 мм сваривают справа налево: этот прием позволяет снизить перегрев свариваемого металла.

28. Понятие и назначение пайки, Классификация видов пайки по условиям заполнения зазора и получению припоя. Припои и флюсы: назначение, требуемые свойства, виды. Способы пайки в зависимости от используемых источников нагрева(пайка в печах, индукционная пайка, пайка погружением, газопламенная) их особенности.

Пайкой называют процесс получения неразъемного соединения без расплавления соединенных деталей путем смачивания поверхностей жидким припоем с его последующей кристаллизацией. Такое соединение предполагает возможность его расплавление при необходимости. По прочности поенные соединения уступает сварочному. Прочность сцепления зависит от физико-химических и диффузионных процессов протекающих между припоем и основным Ме. По условиям заполнения зазора пайку делят на капиллярную и некапиллярную, при капиллярной пайки припой заполняет зазор между соединениями поверхностей и удерживается в нем за счет капиллярности.

По механизму образования капиллярную пайку подразделяют на 3 вида:

-диффузионную

-контактно-реактивную

-реактивно-флюсовую

При диффузионной паке соединение образуется за счет взаимной диффузии компонентов припоя и паянных металлов. При этом возможно образование твердых растворов или хрупких тугоплавких соединений.

При диффузионной пайке необходима длительная выдержка обеспечения возможности диффузии атомов.

При контактно-реактивной пайке м/у соединенными деталями или соединенными деталями и прослойкой из промежуточного Ме в результате контактного плавления образуется сплав, который заполняет зазор и при кристаллизации формирует полное соединение.

При реактивно-флюсовой пайке припой образуется за счет вытеснения м/у основным металлом и флюсом:

(Zn-припой.)

К некапиллярным способам относят пайку-сварку и сварку-пайку.

При пайке-сварке соединение образуется также, как и при сварке плавлением, только в качестве присадочного материала применяется припой.

При сварке-пайке соединяют разнородные материалы с применением местного нагрева.

Более легкоплавкий Ме при достижении температуры плавления расплавляется и выполняет роль припоя. Наиболее широко применяются капиллярные методы и пайка-сварка. Припой должен хорошо растворять осн. Металл, обладать смачивающей способностью, но быть дешевым.

Припой представляют, как правило сплавы цветных металлов сложного состава.

По температуре плавления разделяются на 4 группы:

1. Особо легкоплавкие

2. Легкоплавкие

3. Среднеплавкие

4. Тугоплавкие

К особо легкоплавким относятся олово, свинцовые припои. К среднеплавким и тугоплавким относятся преимущественно сплавы на основе меди.

Флюсы применяют для очистки поверхностей паянного материала, а также для уменьшения поверхностного натяжения и улучшения растекания и смачиваемости жидкого припоя.

Флюс ( кроме реактивно-флюсовой пайки) не должен химически взаимодействовать с припоем. флюса должна быть равна припоя. Флюсы могут быть твердыми пастообразными и жидкими.

Способы паки.

Способы классифицируют в зависимости от источников нагрева.

Пайка в печах.

Припой заранее закладывают в узлы. На места пайки наносят флюс. Всю систему помещают в печь . Консистенцию нагревают до

(т.е до припоя), припой расплавляется, заполняя при этом зазоры м/у соединенными деталями. Процесс длится несколько часов. При этом происходит равномерный нагрев соединенных деталей без их заметной деформации.

Индукционная пайка

Через индуктор поступают ТВЧ. В результате чего место пайки нагревается до необходимой температуры. Для предохранения от окисления процесс производят в вакууме или замкнутой среде, применяя флюсы.

Пайка нагружением

Выполняется в ваннах с расплавленными солями или припоем. Температура ванны составляет 700-800С. НА паянную поверхность, предварительно очищенную наносят флюс. М/у кромками или около места соединения размещают припой. Детали скрепляют и погружают в ванну . Соляная ванна предохраняет место пайки от окисления.

Поверхность, не подлежащая пайке предохраняют от контакта с припоем обмазкой и графитом с добавками извести. Пайку применяют для деталей сложных поверхностей из стальных, медных и алюминиевых сплавов.

Газоплазменная пайка

Заготовки нагревают и припой расплавляют газосварочными плазменными горелками или паяльными лампами. В качестве газов применяют природные газы, водород или пары керосина. При использовании газового пламени примой можно заранее помещать в место пайки или водить вручную в процессе пайки.

На место пайки предварительно наносят флюс обычно в виде жидкой пасты, разведенной водой или спиртом. При пайке паяльником основной металл нагревают и припой расплавляется за счет теплоты аккумулируемой в паяльнике, который перед пайкой нагревают.