Сварка цветных металлов в среде защитных газов вольфрамовым электродом

• Технология и техника дуговой и электрошлаковой сварки
  • 1. Сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей
    • 1.1. Ручная дуговая сварка
    • 1.2. Механизированная сварка в среде защитных газов и самозащитной проволокой
    • 1.3. Автоматическая сварка под флюсом
    • 1.4. Электрошлаковая сварка
  • 2. Сварка низколегированных теплоустойчивых сталей
  • 3. Сварка среднеуглеродистых и среднелегированных сталей
  • 4. Сварка высоколегированных сталей и сплавов
  • 5. Сварка разнородных сталей и сплавов
  • 6. Технологические особенности сварки труб
  • 7. Технология и техника сварки чугуна
  • 8. Сварка цветных металлов
    • 8.1. Сварка графитовым электродом
    • 8.2. Сварка покрытыми электродами

    • 8.3. Сварка в среде защитных газов вольфрамовым электродом

    • 8.4. Сварка в среде защитных газов плавящимся электродом
    • 8.5. Сварка под слоем флюса
    • 8.6. Электрошлаковая сварка
  • 9. Технология наплавки, напыления и металлизации

Медь толщиной до 4 мм сваривают без разделки кромок и без подогрева, а при толщине 4…12 мм выполняют V-образную подготовку с углом 70…90^о и притуплением 1,5…2 мм и предварительным подогревом до 100…450 ^оС. В качестве присадки применяют бронзу БрКМц 3-1 и медноникелевый сплав MНЖКT5-1-0,2-0,2. Техника сварки зависит от типа используемых защитных газов: в аргоне и гелии длина дуги наименьшая, а в азоте она в 2…2,5 раза больше, что находит отражение в параметрax режима, приведенных в табл. 90.

Таблица 90. Ориентировочные параметры режима сварки стыковых соединений

Примечание. dW э — диаметр вольфрамового электрода.

Очень эффективна микроплазменная сварка тонкостенных труб из меди и медных сплавов, когда сварное соединение образуется встык без разделки кромок. При этом плазмообразующим газом является аргон, а защитным — гелий (табл. 91).

Таблица 91. Ориентировочные параметры режима автоматической микроплазменной сварки тонкостенных труб из меди и медных сплавов

Сварка никеля и его сплавов вольфрамовым электродом является основным способом при изготовлении из них металлоконструкций. В качестве защитного газа используется аргон или аргоно-водородная смесь (табл. 1), присадкой служат прутки марок НМц2,5; НМц5, НМцАТ3-1,5-0,6. Сварку ведут левым способом при минимальной длине дуги, с минимальными поперечными колебаниями электрода на максимальной скорости. Многопроходные швы выполняют после полного охлаждения предыдущего шва, очистки его от шлака и обезжиривания на параметрах режима, приведенных в табл. 92.

Таблица 92. Ориентировочные параметры режима ручной аргонодуговой сварки никеля и его сплавов

Примечание. Напряжение дуги 10…12 B.

Сварка свинца вольфрамовым электродом — наиболее производительный процесс изготовления изделия, когда сварные швы находятся в разных пространственных положениях. Малые толщины (до 3 мм) сваривают малоамперной короткой дугой на постоянном токе прямой полярности (табл. 93).

Таблица 93. Ориентировочные параметры режима ручной аргонодуговой сварки свинца

Примечание. s = 1…3 мм; d_прис = 2…3 мм.

Сварка титана и его сплавов осуществляется чаще всего вольфрамовым электродом, как на воздухе, так и в специальных камерах с контролируемой атмосферой. При сварке на воздухе применяют специальные горелки с увеличенным диаметром сопла и насадки-хвостовики для защиты охлаждающихся участков шва, а корень шва защищается формирующей подкладкой, в отверстия которой также подается защитный газ (на поддув). Качество защиты можно контролировать визуально: наличие цветов побежалости (синих, соломенных, фиолетовых) сигнализирует о плохой защите, а объективным методом является измерение твердости шва (она не должна быть больше, чем у основного металла).

Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности без поперечных колебаний горелки, короткой дугой, углом вперед. Аргон подается перед зажиганием дуги и после ее выключения, обеспечивая охлаждение металла до 400 ^оС.

В качестве присадки применяют проволоку по ГОСТ 27265-87 марки ВТ1-00 для сварки чистого титана и его низколегированных сплавов, а также специальные составы проволок по нескольким ОСТ и ТУ более узкого назначения. Металл толщиной до 3 мм сваривают без разделки кромок. Более толстый (4…10 мм) требует V-образной, 10…15 мм — Х-образной, более 15 мм — U-образной разделки. Параметры режима сварки приведены в табл. 94.

Таблица 94. Ориентировочные параметры режима аргонодуговой сварки титана и его сплавов

Примечание. Диаметр вольфрамового электрода d_{W э} выбирается в соответствии с данными табл. 2.

Для сварки тонкостенных изделий 0,5…3 мм эффективно применение импульсно-дуговой сварки на параметрах режима, приведенных в табл. 95.

Таблица 95. Ориентировочные параметры режима механизированной импульсно-дуговой сварки стыковых соединений титана без разделки кромок

При этом достигается уменьшение сварочных деформаций на 15…30%, уменьшается зона термического влияния и улучшается структура сварного шва.

Проплавляющее действие дуги можно усилить за счет введения в ее атмосферу галогенных флюсов, наносимых на свариваемую поверхность. Благодаря повышению концентрации тепловой мощности в активном пятне можно сваривать за один проход без разделки кромок металл толщиной до 12 мм. Наносят флюс в виде пасты толщиной слоя 0,1 мм при токе менее 150А и 0,2…0,3 мм при токе, большем 150А. Ширина слоя составляет соответственно 15…20 и 40 мм. При этом также на 15…25% снижается деформация изделия, зона термического влияния и улучшается структура шва, что особенно важно при сварке высоколегированных термически упрочняемых титановых сплавов.

Сварка алюминия и его сплавов вольфрамовым электродом целесообразна при изготовлении металлоконструкций с толщиной стенки до 12 мм.

Металл толщиной до 3 мм сваривают за один проход на стальной подкладке; при толщине 4…6 мм сварку выполняют с двух сторон, при толщинах более 6 мм применяют V-образную или Х-образную разделку. Сварку ведут на переменном токе с подачей присадки короткими возвратнопоступательными движениями, без поперечных колебаний электрода. Длина дуги при этом не более 1,5…2,5 мм, а расстояние от выступающего конца вольфрамового электрода до нижнего среза наконечника горелки при выполнении стыковых швов составляет 1…1,5 мм, а тавровых и угловых — 4…8 мм. Между диаметром электрода и диаметром выходного отверстия сопла существует зависимость:

Сварку ведут на параметрах режима, приведенных в табл. 96.

Таблица 96. Ориентировочные параметры режима ручной дуговой сварки алюминия вольфрамовым электродом в аргоне и гелии

Механизированная сварка выполняется на больших токах за один проход или двухсторонним швом. Вольфрамовый электрод устанавливается вертикально, а присадочная проволока подается механизмом подачи так, чтобы ее конец опирался на край сварочной ванны. Параметры режима нужно выбирать, исходя из рекомендаций табл. 97.

Таблица 97. Ориентировочные параметры режима механизированной сварки алюминия и его сплавов

Примечание. Uд= 10…15 В.

Плазменная сварка алюминия и его сплавов выполняется сжатой дугой на переменном и постоянном токе обратной полярности. При этом повышается производительность процесса на 50…70%, снижается расход аргона в 4…6 раз, улучшается качество сварных швов. Стыковые соединения толщиной до 8 мм сваривают без разделки кромок с зазором 1,5 мм за один проход на стальной подкладке или с двух сторон на весу на параметрах режима, приведенных в табл. 98.

Таблица 98. Ориентировочные параметры режима плазменной сварки стыковых соединений на переменном токе

Для сварки металла толщиной 0,2…1,5 мм эффективно использование микроплазменного процесса на переменном токе 10…100A; плазмообразующий и защитный газ — аргон с расходом 0,25…0,3 и 2,5 л/мин соответственно. При этом скорость сварки может достигать 60 м/ч. И хотя для этого процесса требуется прецизионная технологическая оснастка, тонкостенная сварная конструкция будет сварена с меньшими на 25…30 % деформациями по сравнению с обычной аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом.

Сварку магниевых сплавов выполняют на переменном токе при минимальной длине дуги 1…1,5 мм с использованием стальных подкладок с формирующими канавками шириной 6…8 мм и глубиной 0,8…2 мм. Металл толщиной более 5 мм требует V или Х-образной разделки. При выполнении первого шва нужно защищать корень шва инертным газом. Диаметр выходного сопла горелки выбирают в зависимости от сварочного тока I_св:

При многопроходной сварке необходима тщательная зачистка предыдущею слоя от черного налета оксидов. В качестве присадки используют прутки, полученные прессованием соответствующего сплава, например, МА3Ц. Параметры режима приведены в табл. 99.

Таблица 99. Ориентировочные параметры режима аргонодуговой сварки магниевых сплавов

Сварка композитных материалов (КМ) типа ВКА выполняется с применением специальных технологических вставок из алюминиевых сплавов типа АМГ6, 1420, 1201, а вольфрамовому электроду придается вращение с определенным радиусом, зависящим от ширины технологической вставки и ширины плакирующего слоя на КМ. Так, листы из КМ ВКА-2 толщиной 1,2 мм сваривают вдоль волокон в среде гелия через промежуточную Т-образную вставку. Детали закрепляются между медной подкладкой снизу и таким же прижимом сверху. Сплавление кромок КМ с металлом вставки осуществляется без его разрушения, уменьшается зона термического влияния, обеспечивается высокая скорость нагрева и охлаждения, а прочность такого соединения составляет 80…95% от прочности матричного материала. Сварка ведется в импульсном режиме:

Iимп = 60 …70 А;

Iпаузы = 25 …30 А;

f = 2 …10 Гц;

v_св = 5 …10 м/ч.

Сварку алюминия с медью выполняют через третий металл — цинк толщиной 50…60 мкм, который предварительно гальваническим путем наносится на разделанную V-образную кромку с углом раскрытия 30° медной детали. Процесс ведется таким образом, чтобы расплавлялся алюминий, что достигается смещением оси электрода от оси шва на расстояние 0,5…0,6 толщины свариваемого металла в сторону медной детали. В качестве присадки используется проволока марки АД1.

Сварка листов толщиной 6 мм ведется в два слоя на параметрах режима:

d_{W э} = 5 мм;

d_прис= 2,5 мм;

смещение оси электрода от оси стыка в сторону меди — 3…4 мм;

I_св=270… 290 А;

U_д=15 …16 В;

v_св=7 … 8 м/ч;

Q_Ar= 8 …10 л/мин.;

ток — переменный.

Цинковые покрытия служат барьером, препятствующим взаимодействию между алюминием и медью, так что между движущейся сварочной ванной и медью создается жидкая прослойка цинка, улучшающая смачивание поверхности меди алюминием. Прочность сварного соединения — на уровне этого показателя для алюминия.

Современная технология сварки алюминия с титаном предполагает ведение процесса сварки-пайки, при котором происходит взаимодействие жидкого алюминия с твердым титаном. При кратковременном контактировании количество интерметаллидов TiAl3 может быть существенно снижено, а толщина образующейся прослойки — невелика. Возможно получение стыковых, тавровых и нахлесточных соединений. Причем в качестве присадки используется алюминиевая проволока марки АК5, а сварочная дуга смещается в сторону алюминиевой детали, чтобы не допустить расплавления титана. Температура его нагрева не должна превышать 1100° — этого достаточно для надежного смачивания титана жидким алюминием. При сварке «на весу» для уменьшения проплавления алюминиевой кромки применяются специальные внутренние или наружные холодильники в виде стальной или медной подкладки или кольца. Их размеры определяются экспериментально в зависимости от теплопроводных свойств материалов и режима сварки.

Так при сварке разнотолщинных сварных соединений, где листы из алюминия АД1 толщиной 8 мм соединяются с листами из титана ВТ1-0 толщиной 2 мм внахлестку, процесс ведется на таких параметрах режима:

d_{W э}= 3 мм;

d_прис= 3 мм;

I_св= 190…200 А;

v_св=10…12 м/ч;

расход аргона в горелку — 10 л/мин, на поддув —5 л/мин.

При этом сварочная дуга перемещается на поверхности алюминия при ее смещении от стыка в пределах 1…2 мм в сторону алюминия. Хотя полностью избежать образования интерметаллидов невозможно, наличие их в разрозненном виде и в небольших количествах не сказывается на работоспособности такого разнородного соединения.

Сварко-пайкой можно получить и непосредственные соединения титан — медь. Свариваемые детали из титана ОТ4-1 толщиной 2 мм и меди М1 толщиной 1 мм плотно собираются внахлестку с помощью специальных прижимов и крепятся к подкладке. Электрод смещается от оси шва в сторону меди на 1,5 мм. Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности на параметрах режима:

d_{W э}= 2 мм;

I_св= 95…100 А;

U_д= 8…8,5 В;

v_св= 0,6 м/ч;

расход аргона в горелку — 6 л/мин, на поддув — 2 л/мин.