Электро-дуговая и плазменная сварка

Аргонно-дуговая  сварка вольфрамовым электродом дает возможность поучать хорошие результаты сварки алюминия и его сплавов без применения флюса. Однако оксидную пленку и загрязнения с поверхности детали перед сваркой требуется удалять более тщательно, чем при использовании флюса.

Аргонно-дуговая  сварка - разновидность сварки в инертных газах. Сущность ее заключается в том, что зону сварки в электрод защищают от воздуха аргоном, гелием или их смесями. Инертные газы хорошо ионизируются и создают условия для устойчивого горения дуги. Преимущества такой сварки: надежная защита зоны сварки от действия кислорода и азота окружающего воздуха, более высокая производительность сварки из-за большей тепловой мощности дуги и, самое главное, возможность сварки многих трудносваривающихся металлов и сплавов, в том числе разнородных. Этим способом сваривают нержавеющие стали, алюминий и его сплавы, магнитные и жаропрочные сплавы, титан, медь, латунь, бронху и другие металлы. При данной сварке используют неплавящиеся и плавящиеся электроды.

В качестве неплавящихся электродов применяют вольфрамовые стержни диаметром от 0,8 до 6 мм или также стержни с добавлением оксида циркония, лантана или тория, которые более стойкие, чем чисто вольфрамовые.

Для сварки цветных металлов и легированных сталей толщиной до  2,5 мм используют горелки ЭЗР-З-66 с естественным воздушным охлаждением. Для сварки крупных деталей из чугуна и легированных сталей применяют горелки с водяным охлаждением типа ГНР-100, ГНР-315 и др. 

2. Газоплазменная  сварка и наплавка.

К газоплазменной сварке и наплавке относятся процессы нагрева и расплавления металлов пламенем, получаемых от горения различных горючих газов (ацетилена, метана, пропана и др) в технически чистом кислороде. Способ разработан в конце 19 столетия. 

Недостатки  газовой сварки – это меньшая, чем при дуговой сварке, скорость нагрева и расплавления металла, большая зона теплового воздействия в связи с этим большая возможность коробления свариваемого изделия. При сварке крупных изделий толщиной более 6…8мм. производительность по сравнению с дуговой сваркой значительно ниже, поэтому газовую сварку применяют преимущественно для соединения и наплавки тонких деталей. Себестоимость сварки выше.

Преимущества  газовой сварки – сравнительно простое  и недорогое оборудование. Для  газовой сварки – сравнительно простое и недорогое оборудование. Для газовой сварки и наплавки в большинстве случаев используется, ацетилен, при сгорании в кислороде он дает температуру пламени до 3150С, а другие газы 2000…2300С.

Ацетилен  получают при взаимодействии карбида кальция с водой в генераторе. Однако применение ацетилена ограниченно дороговизной (он в 15…20 раз дороже других горючих газов) и взрывоопасностью. Ацетилен и другие горючие газы смешивают с кислородом в необходимых количествах с помощью газовых горелок. Для полного сгорания ацителена кислорода требуется несколько больше (по объему), примерно на 10…30%. Ацетиленокислородное пламя имеет три ярко выраженные зоны с различной температурой и легко регулируется по внешнему виду. В зависимости от изменения подачи кислорода преобразуется форма пламени и всех трех его частей. Изменяя соотношение ацетилена и кислорода можно получить три основных вида пламени: нормальное, или восстановительное (кислорода 1.1…1.2), окислительное (с избытком кислорода более 1,3) и науглероживающее (с избытком ацетилена, соотношение менее 1,1). Наиболее ярко выражены все три части нормального пламени. Обычно этим пламенем и ведут сварку.

Особенности технологии газовой сварки и наплавки. Газовую сварку в основном используют для стыковых соединений и некоторых видов наплавочных работ. Особо удобное соединение для газовой сварки – стыковое с отбортовкой кромок, его выполняют без применения присадочной проволоки. Металл толщиной менее 4мм. можно сваривать без скоса кромок. При сварке металла толщиной 5 – 15мм. необходим скос кромок под V – образный шов с общим углом раскрытия 70 - 90º, а при толщине более 15мм. по Х – образный шов с таким же углом раскрытия по обе стороны.

Сварка  и наплавка сталей большинства марок осуществляется нормальным пламенем. Наплавленный шов проковывают в горячем состоянии при температуре 850 - 900ºС (светло – красные) и затем нормализуют, то есть нагревают до 900ºС и охлаждают на воздухе. Малоуглеродистые стали сваривают пр. Углеродистые стали сваривают проволокой СВ – 08А и СВ – 08ГА. Для сварки высокоуглеродистых и легированных сталей, а также для получения шва наплавки повышенной твердости применяют проволоки СВ – 08Г2С, СВ – 12ГС, СВ – 18ХГСА и флюсы. В качестве флюсов используют буру, кремневую и борную кислоты и другие вещества. Перед сваркой детали нагревают до температуры 250 - 300ºС.

Сварка  чугуна. При газовой сварке медленнее и равномернее нагревается и охлаждается деталь. В результате этого в наплавленном металле и на его границах создаются лучшие условия для графитизации углерода, уменьшается вероятность отбеливания чугуна, возникновения внутренних напряжений и появления трещин. Обычно газовую сварку сопровождают общим и местным подогревом детали. В качестве присадочного материала используют чугунные стержни диаметром 4, 6, 8, 10, 12мм. Для сварки мелких деталей применяют чугунные стержни марки Б, а для крупных стержней марки А. Сваривают чугун нормальным или науглероживающим пламенем при расходе ацетилена на 1мм. толщины металла 100 – 120 дм³/ч.

Для удаления из сварочной ванны оксидов кремния, железа и марганца используют флюс из смеси: буры 56%, соды и поташа по 22% или прокаленной буры 23%, углекислого натрия 27% и азотнокислого натрия 50%. Флюсы подсыпают в сварочную ванну, а пруток в процессе сварки чаще погружают в флюс. Хорошие результаты дает сварка чугуна газовым пламенем с применением прутка из латуни Л62, флюса из буры или смеси буры (50%) и борной кислоты (50%).

Сварка  меди и ее сплавов. Медь и бронзу сваривают только нормальным пламенем. В качестве присадочного материала при сварке меди используют проволоку из чистой меди или меди, содержащей до 0,2% фосфора и до 0,3% кремния, а при сварке бронзы – проволоку, близкую по составу к свариваемой бронзе. Для раскисления оксидов применяю флюсы, содержащие чистую буру или смесь буры (50%) и борной кислоты (50%). Чтобы улучшить структуру наплавленного шва, его проковывают при температуре 200 - 300ºС, затем отжигают при температуре 500 - 550ºС и быстро охлаждают водой.

Латунь  сваривают пламенем и избытком кислорода до 30 – 40%. Для удаления оксидов меди и цинка используют флюсы следующих составов: борная кислота – 35%, фосфорнокислый натрий – 15%, остальное – плавленая бура или борная кислота 80% и плавленая бура – 20%, или специальные жидкие флюсы БМ – 1 и БМ – 2. Последние через специальный сосуд – флюсопитатель – подают в горелку вместе с ацетиленом. Пары флюсов ядовиты, поэтому сварщик должен работать в респираторе, а место сварки следует оборудовать местной вытяжкой. В качестве присадочного материала используют проволоки ЛК62 – Ф5, ЛОК59 – 1 – 03,содержащие в своем составе раскислители – олово и кремний.

Сварка  алюминия и его  сплавов. Их сваривают газовой сваркой только нормальным пламенем. Присадочную проволоку применяют такого же состава как свариваемый металл. Для удаления пленки оксида алюминия используют флюсы АФ – 4А, АН – 4А, АН – А201, содержащие хлористые и фтористые соли лития, натрия, калия и бария. После сварки остатки флюса удаляют горячей водой. Оксидную пленку можно удалять так же специальным скребком. В этом случае сварщик должен иметь большой навык, так как в шов могут попадать остатки оксидной пленки и вызывать несплавление металла.

3.3. Механизированные  способы электродуговой  сварки и наплавки.

3.3.1. Автоматическая наплавка  под слоем флюса один из прогрессивных и широко применяемых способов восстановления деталей на ремонтных предприятиях. Сущность способа заключается в следующем. К дуге 7, образующейся между электродами 6 и поверхностью вращающейся детали 1(рис.1), через мундштук 5 специальным устройством (автоматом) непрерывно подается электродная проволока, а из бункера 4 слоем 50 – 60мм насыпается гранулированный флюс. Дуга, утопленная в массе флюса, горит под жидким слоем 2 расплавленного флюса в газовом пространстве 3. Жидкий слой флюса 2 надежно предохраняет расплавленный металл от окружающего воздуха, в большей степени уменьшает разбрызгивание металла, улучшает формирование шва 9, использование теплоты дуги и материала электродной проволоки. Шлаковая корка 8, образующаяся при остывании, замедляет охлаждение расплавленного металла и улучшает условия формирования его структурных превращений. Небольшой вылет электрода (расстояние от мундштука до детали) дает возможность увеличить плотность применяемых сварочных токов до 150 – 200 А/мм². Значительно улучшаются условия труда сварщика. Потеря на угар и разбрызгивание металла при наплавке под слоем флюса не превышает 2% от массы расплавленного металла. Коэффициент наплавки составляет 14 – 16 г/А.час, т.е в 1,5 – 2 раза выше, чем при ручной сварке.

Недостатки  сварки под слоем флюса – невидимость  дуги и значительный расход стоимости  флюса. Наплавка деталей диаметром  менее 80мм. затруднительна, а диаметром  менее 40мм. совсем невозможна.

При автоматической наплавке используются плавленые и наплавленные керамические флюсы, а так же флюсы – смеси. Плавленые флюсы  представляют собой сравнительно сложные силикаты, но своими свойствами близки к стеклу. Температура их плавления не более 1200 С. В состав плавленых флюсов не входят ферросплавы, свободные металлы, углеродистые вещества. Эти флюсы, как правило слабые раскислители. Применяют плавленые флюсы марок АН-348, ОСЦ-45 и АН-15, содержащие в своём составе 35-43%  закиси марганца.

Керамические  флюсы по своему составу и способу приготовления во многом сходны с качественными (толстыми) покрытиями электродов. Эти флюсы наряду с защитными содержат легирующие и модернизирующие элементы. Наибольшее применение для наплавки деталей получили флюсы АНК-3, АНК-30, АНК-18, АНК-19 и ЖСН-1.

Флюсы смеси приготовляют преимущественно из плавленых и керамических, в различных соотношениях.

Электродная проволока для наплавки изношенных деталей под флюсом выбирается принципиально  также, как и при ручной наплавке. Кроме сварочной проволоки типа СВ, используют специальную наплавочную проволоку типа Нп (Мп-30, Нп-50Г, НП-30Х5, НП-45Х4ВЭФ др.).

Порошковые  проволоки представляют собой непрерывный  электрод диаметром 2,5-5,0 мм, состоящий  из металлической оболочки, заполненной  порошком. В качестве наполнителя  применяют смесь металлических порошков, ферросплавов, шлако- и газообразующих элементов. Изменение состава наполненных порошков позволяет с достаточно большей точностью получать необходимое качество наплавленного слоя без дополнительной защиты зоны наплавки флюсом или другим способом.

3.3.2. Автоматическая наплавка  в среде защитных  газов.

В случаях, когда невозможно или слишком  дорого применять сварку под слоем  флюса, используют другие защитные среды: аргон, углекислый газ, пар и т.п. Наибольшее применение получил углекислый газ. При сварке газ подаётся в зону сварки из специальных горелок, а также с помощью специального аппарата, предназначенного для сварки в средне углеродистого газа. Газ оттесняет воздух и защищает зону сварки от воздействия азота и кислорода.

Преимущества способа: обзор места сварки, отсутствие шлаковой корки, дешевизна углеродистого газа, возможность использования способа при ремонте кузова,  кабин машин..

Недостатки  способа: повышенная податливость наплавленного слоя к образованию трещин, а также выгоранию легирующих элементов.

Вибродуговая  наплавка-разновидность автоматической наплавки  под слоем флюса и в защитных газах.

Она отличается тем, что сварку ведут  проволочным электродом с частотой 50-110 колебаний в секунду. Амплитуда  колебаний электрода относительно наплавленной детали обычно составляет 1-3 мм.

При вибродуговой наплавке происходит мелкокапельный переход металла с электрода  на деталь, образуется минимально возможная  сварочная ванна, способствующая достаточно хорошему плавлению электродного металла с основным, небольшому нагреву детали и созданию малой по глубине зоны термического влияния.