КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Классификация и структура текущих расходов железнодорожных предприятий. 4 страница2Р+5Си20=10Си+Р205\; Р205+3Си20=Р205 (Си20)3 - в шлак; 2Си20+8і=4Си+8і02; Си20+Мп=2Си+Мп0; 8і02+Мп0=Мп08і02 - в шлак. Тугоплавкие окислы, образующие пленку на поверхности сварочной ванны, разрушают с помощью флюсов на основе буры №2В407, переводя тугоплавкие окислы в легкоплавкие комплексные соединения: Си0+На2В407=2НаВ02СиВ203 - в шлак. 3. Наличие примесей висмута В1 и свинца РЬ, вследствие образования их оксидами с медью легкоплавких эвтектик, снижает устойчивость против кристаллизационных трещин. Содержание висмута в меди допускается не более 0,03 %. Эти примести могут быть связаны в тугоплавкие соединения введением в сварочную ванну цезия и циркония. 4. Высокий коэффициент линейного расширения у меди вызывает образование высоких временных и остаточных сварочных напряжений и коробление конструкций. Необходимо применять меры по их уменьшению. 5. Снижение прочности и пластичности меди при 400-600 °С в сочетании с высоким уровнем сварочных деформаций и напряжений может привести к образованию трещин (рис. 5.1, а). МПа, <^У/% [Н], см 3/100г
а Рис. 5.1. Свойства меди в зависимости от температуры: а - прочность и пластичность; б - растворимость в меди водорода 6. Высокая растворимость водорода в расплавленной меди (рис. 5.1, б) вызывает при кристаллизации с большими скоростями образование пор и микротрещин вследствие выделения водорода и водяного пара Си20+2Н^2Си+Н20. Для предупреждения «водородной болезни» меди используют традиционные методы (прокалка флюсов, электродов, осушка газов и др.). Появлению пор может способствовать оксид углерода Сп20+С0^2Сп+С02. При сварке латуней поры могут возникнуть вследствие испарения цинка (Ткип=907 °С - ниже температуры плавления меди). Образующийся при испарении оксид цинка ядовит. Испарение цинка уменьшается при использовании предварительного подогрева и высоких скоростей сварки, при легировании металла шва кремнием. 7. Высокая жидкотекучесть меди и ее сплавов (в 2-2,5 раза выше, чем у сталей) затрудняет сварку в вертикальном и потолочном положениях. Для качественного формирования корня шва применяют подкладки (асбестовые, графитовые, флюсовые подушки). 8. Сварные швы имеют крупнозернистую структуру и низкую прочность. Измельчение структуры и повышение прочности обеспечивается термопластической обработкой. Для сварки меди и ее сплавов могут быть применены почти все способы сварки плавлением. Наибольшее применение нашли: дуговая сварка в защитных газах, ручная дуговая сварка покрытыми электродами, механизированная дуговая сварка под флюсом, газовая сварка, электронно-лучевая сварка. Перед сваркой свариваемый металл и проволоку очищают от окислов и загрязнений до металлического блеска и обезжиривают. Очистку кромок основного металла чаще всего делают механическим путем (наждаком, металлическими щетками), а проволоки - пропусканием через станки для очистки проволоки (например, СОСП-65 Юргинского маш- завода) или травлением в растворе из азотной, серной и соляной кислот с последующей промывкой в воде, щелочи, снова в воде и сушкой горячим воздухом. Последний вариант дороже. Для правильного формирования сварного шва предпочтительно применять в конструкциях типы соединений с равномерным теплоотводом (стыковые, угловые, а не тавровые и нахлесточные). При толщинах более 5 мм делают У-образную или Х-образную разделки кромок. Сварка в защитных газах. Этот способ позволяет получить сварные соединения с наиболее высокими механическими и коррозионными свойствами благодаря минимальному содержанию примесей в наплавленном металле. В качестве защитных газов используют азот особой чистоты, аргон высшего сорта, гелий высшей категории качества, а также их смеси (например, 70-80 % Аг + 20-30 % N2) для экономии аргона и увеличения глубины проплавления основного металла. При сварке в среде азота эффективный и термический КПД дуги выше, чем при сварке в среде аргона и гелия, но замечена ниже устойчивость горения дуги. При сварке в защитных газах в качестве неплавящегося электрода используют лантанированные или иттрированные вольфрамовые электроды диаметром до 6 мм. В качестве присадочного материала используют проволоку из меди и ее сплавов, по составу близкую к основному металлу, но с повышенным содержанием раскислителей (МРЗТЦрБ 0,10,1-0,1-0,1; БрХНТ; БрКМц 3-1; БрХ 0,7). При сварке в азоте для улучшения качества сварного шва дополнительно применяют флюс на борной основе, который наносят на сварочную проволоку или в канавку подкладки. Выбор диаметров электрода и присадки зависит от толщины свариваемых заготовок (табл. 5.2). Таблица 5.2 - Выбор диаметра вольфрамового электрода и присадки
Сварку вольфрамовым электродом ведут на постоянном токе прямой полярности. При сварке в среде азота или в смеси азота с гелием сварочный ток уменьшают, а напряжение повышают (табл. 5.3). Рекомендуемые режимы приведены для сварки стыковых соединений на медной водоохлаждаемой подкладке или флюсовой подушке. При толщинах более 4 мм рекомендуется подогрев до 300-600 °С. При сварке плавящимся электродом используют постоянный ток обратной полярности. Широко применяется для меди толщиной более 4 мм многослойная полуавтоматическая сварка проволокой диаметром 12 мм. Режимы сварки: сварочный ток 150-200 А для проволоки 01 мм и 300-450 А для проволоки 02 мм, напряжение дуги 22-26 В, скорость сварки зависит от сечения шва. Температура подогрева 200-300 °С.
Таблица 5.3 - Рекомендуемые режимы сварки меди вольфрамовым электродом
Для латуней, бронз и медно-никелевых сплавов предпочтение отдается сварке неплавящимся электродом, так как в этом случае меньше испарение цинка, олова и других элементов. Предварительный подогрев для медных сплавов требуется при толщинах более 12 мм. Ручная дуговая сварка,. Медь и ее сплавы этим способом сваривают на постоянном токе обратной полярности (табл. 5.4). Медные листы толщиной до 4 мм сваривают без разделки кромок, до 10 мм с односторонней разделкой при угле скоса 60-70° и притуплением 1,5-3,0 мм, более 10 мм - с Х-образной разделкой кромок. Для сварки меди используют электроды с покрытием «Комсомолец-100», АНЦ / 03М-2, АНЦ / 03М-3, 3Т, АНЦ-3. Таблица 5.4 - Режимы ручной однопроходной сварки меди покрытыми электродами
Сварку ведут короткой дугой с возвратно-поступательным движением электрода без поперечных колебаний. Удлинение дуги ухудшает формирование шва, увеличивает разбрызгивание, снижает механические свойства сварного соединения. Предварительный подогрев делают при толщине 5-8 мм до 200-300 °С, при толщине 24 мм - до 800 °С. Теплопроводность и электропроводность металла шва резко снижаются при сохранении высоких механических свойств. Для сварки латуней, бронз и медно-никелевых сплавов применяют электроды ММ3-2, Бр1 / ЛИВТ, ЦБ-1, МН-4 и др. Механизированная дуговая сварка под Флюсом. Этот способ осуществляют угольным (графитовым) электродом и плавящимся электродом. Сварку угольным электродом выполняют на постоянном токе прямой полярности с использованием стандартных флюсов АН-348А, ОСЦ-45, АН-20. При сварке угольным электродом (рис. 5.2) кромки 1 собирают на графитовой подкладке 2, поверх стыка накладывают полоску латуни 3, которая служит присадочным металлом. Дуга горит между угольным электродом 4, заточенным в виде плоской лопаточки, и изделием под слоем флюса 5. Способ пригоден для сварки толщин до 10 мм. Диаметр электрода до 18 мм, сила тока до 1000 А, напряжение дуги 18-21 В, скорость сварки 6-25 м/ч.
Механизированную сварку плавящимся электродом под плавлеными флюсами (АН-200, АН-348А, ОСЦ-45, АН-М1) выполняют на постоянном токе обратной полярности, а под керамическим флюсом ЖМ-1 и на переменном токе. Основным преимуществом этого способа сварки является возможность получения высоких механических свойств сварного соединения без предварительного подогрева. При сварке меди используют сварочную проволоку диаметром 1,4—5,0 мм из меди МБ, М1, бронзы БрКМц 3-1, БрОЦ 4-3. За один проход можно сваривать без разделки кромок толщины до 20 мм, а при использовании сдвоенного (расщепленного) электрода - до 30 мм. При толщинах кромок более 15 мм рекомендуют делать У-образную разделку с углом раскрытия 90°, притуплением 2-5 мм, без зазора. Флюс и графитовая подкладка перед сваркой должны быть прокалены. Для возбуждения дуги при сварке под флюсом проволоку закорачивают на изделие через медную обезжиренную стружку или пружину из медной проволоки диаметром 0,5-0,8 мм. Начало и конец шва должны быть выведены на технологические планки. Режимы сварки приведены в таблице 5.5 Таблица 5.5 - Ориентировочные режимы автоматической сварки меди под флюсом
При сварке латуней применяют флюсы АН-20, ФЦ-10, МАТИ-53 и проволоки бронзовые БрКМц 3-1, БрОЦ 4-3 и латунные ЛК 80-3. Сварка ведется на низких значениях сварочного тока и напряжения для снижения интенсивности испарения цинка. Бронзы под флюсом свариваются хорошо. Газовая сварка. Этот способ сварки меди используют в ремонтных работах. Рекомендуется использовать ацетиленокислородную сварку, обеспечивающую небольшую температуру ядра пламени. Для сварки меди и бронз используют нормальное пламя, а для сварки латуней - окислительное, чтобы уменьшить выгорание цинка. Сварочные флюсы для газовой сварки меди содержат соединения бора (борная кислота, бура, борный ангидрид), которые с закисью меди образуют легкоплавкую эвтектику и выводят ее в шлак. Флюсы наносят на обезжиренные свариваемые кромки по 10-12 мм на сторону и на присадочный металл. При сварке алюминиевых бронз надо вводить фториды и хлориды, растворяющие А1203. При сварке меди используют присадочную проволоку из меди М1 и М2, а при сварке медных сплавов - сварочную проволоку такого же химического состава. При сварке латуней рекомендуют использовать проволоку из кремнистой латуни ЛК 80-3. После сварки производят проковку шва при подогреве до 300-400 °С с последующим отжигом для получения мелкозернистой структуры и высоких пластических свойств. Электрошлаковая сварка. При этом способе применяют легкоплавкие флюсы системы NaF-LiF-CaF2(АНМ-10). Режим электрошла- ковой сварки: сварочный ток 1св= 1000-1800 А, напряжение и=40-50 В, скорость подачи пластинчатого электрода 12-15 м/ч. Механические свойства шва мало отличаются от свойств основного металла. Электронно-лучевая сварка. Этот способ сварки меди эффективен при изготовлении электровакуумных приборов. Он обеспечивает высокую чистоту швов от примесей и получение мелкозернистой структуры. Плазменная сварка. Этот способ дает хорошие результаты при соединении элементов из меди и ее сплавов больших толщин. За один проход можно производить сварку элементов толщиной до 60 мм. Применяют плазмотроны прямого действия. Для обеспечения хорошей защиты от атмосферного воздуха плазменную сварку иногда выполняют по слою флюса, а для обеспечения мелкозернистой структуры используют порошковую проволоку. Для сварки малых толщин до 0,5 мм эффективно использовать микроплазменную сварку. Глава 6. Сварка никеля и его сплавов 6.1. Основные свойства и особенности сварки Наши заводы изготовляют никель пяти марок, который используется для переработки на полуфабрикаты (листы, ленты, полосы и т. д.) и изготовления сплавов на никелевой основе: Н-0 (N1=99,99%); Н-1 (N1=99,93%); Н-2 (N1=99,80%); Н-3 (N1=98,60%); Н-4 (N1=97,60%). Характерной особенностью чистого никеля является способность сохранять свои пластические свойства при низких температурах (таблица 6.1).
Таблица 6.1 - Механические свойства никеля при разных температурах В техническом (полуфабрикатном) никеле содержатся небольшие добавки марганца, кремния, углерода, магния и других элементов, которые вводятся обычно как раскислители и десульфаторы. Никель обладает высокой коррозионной стойкостью и повышенными механическими свойствами. 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 и щелочей, пара и органических кислот. Удельный вес никеля составляет 8,7-8,84 г/см , температура плавления 1452-1455 °С. Химический состав никелевых сплавов разнообразен и классифицировать их затруднительно. Условно их можно разделить на 3 группы: окалиностойкие, коррозионностойкие и жаропрочные. Хром, а иногда кремний, алюминий вводят в сплавы для улучшения их окалиностойко- сти, для повышения жаропрочности применяют легирующие присадки: Т1, А1, Р, №, Са, Мо, W и др. Эти элементы вводят одновременно в определенных сочетаниях, и чем выше требование жаропрочности, тем более сложен химический состав сплава. Для сварки никеля и никелевых сплавов применяют следующие способы сварки: газовую, ручную дуговую, под флюсом, вольфрамовым электродом в среде инертных газов, электроннолучевую. Выбор способа и технологии сварки зависит от конкретных условий работы сварной конструкции, т.е. сводится к обеспечению наиболее важной для данных условий характеристики свойств сварного соединения. Поэтому даже для одного и того же сплава или группы сплавов технология сварки может быть различной в зависимости от условий эксплуатации сварного изделия. При сварке никеля и его сплавов необходимо, чтобы свариваемый металл был чистым. Особенно тщательно надо предупреждать контакт расплавленного металла с атмосферным воздухом. Никель и никелевые сплавы в расплавленном состоянии могут растворять большое количество газов (азот, водород, кислород), которые, выделяясь при кристаллизации и охлаждении металла шва, могут приводить к образованию в них пор. Большое влияние на свойства металла сварного шва оказывает содержание в нем серы. Особое влияние необходимо обращать также на качество сборки узлов. Сборка узлов с большими зазорами ведет к увеличению времени сварки, а, значит, к перегреву металла, что может вызвать рост зерна, склонность к трещинообразованию сварного шва и околошовной зоны, снижение коррозионной стойкости и т. д. Газовая сварка. Этот способ применяют при сварке никеля, медно-никелевых сплавов. При кислородно-ацетиленовой сварке никеля и медно-никелевых сплавов необходимо поддерживать нормальное пламя, так как избыток кислорода вызывает окисление расплавленного металла и хрупкость. При сварке сплавов, содержащих хром, пламя должно быть более восстановительным, но не настолько, чтобы науглероживать наплавленный металл, насыщать его водородом, закисью углерода и другими газами. При сварке никеля мощность пламени соответствует удельному расходу ацетилена 120-140 л/г на 1 мм толщины свариваемого изделия. Главным дефектом при газовой сварке являются поры, из которых при нагрузке возникают трещины. Качество сварки зависит от состава флюсов и раскислителей, конструкции соединения, положения швов, а также от опытности сварщика. Большое влияние оказывает также состав присадочной проволоки. Для сварки никеля рекомендуется применение присадочной проволоки такого же состава, что и основной металл. Хорошие результаты дает проволока, легированная Мп, М§, Si, Т1. При этом марганец служит раскислителем и связывает серу, кремний придает металлу лучшую жидкотекучесть, а магний связывает остатки серы. Проволока должна иметь чистую поверхность. Диаметр ее рекомендуется выбирать равным половине толщины свариваемого металла. Во время сварки следует избегать перемешивания ванны, которое ведет к выгоранию раскислителей и загрязнению металла шва. Качество шва можно определить по цвету. Хороший шов имеет матовокоричневую или серо-желтую окраску. Шов, сваренный с перегревом, блестящий, сине-черного цвета. Во избежание пористости сварного соединения присадочная проволока и ядро пламени горелки не должны касаться ванны. При сварке рекомендуется производить горелкой легкие колебательные движения. Флюсы применяют главным образом для облегчения растворения окислов, защиты сварочной ванны от действия окружающего воздуха и улучшения жидкотекучести металла. Их обычно приготавливают в виде пасты и наносят на присадочный пруток и свариваемый металл. При изготовлении пасты сухую смесь замешивают на воде или спирте. Ручная дуговая сварка. Этот способ применяется в основном для соединения листов толщиной более 1,5 мм и ведется электродами с качественным (чаще основным) покрытием на постоянном токе обратной полярности. Для предупреждения перегрева электрода и получения возможно меньших напряжений в сварном соединении используют пониженный сварочный ток (03 мм - 70 - 100а, 04 мм - 90 - 100а), что также уменьшает угар стабилизирующих и раскислительных элементов, содержащихся в электродной проволоке. При этом необходимо поддерживать короткую дугу и сварку вести на небольшой скорости. Поперечные движения электрода не должны превышать трех его диаметров. Скорость сварки никелевых сплавов примерно на 15 % меньше скорости сварки сталей. Сварку следует вести, по возможности, в нижнем положении. При сварке никеля металлический стержень электрода по составу часто идентичен основному металлу. Большое значение имеет обработка поверхности швов, так как подрезы, наплывы и плохое формирование шва может быть причиной возникновения коррозии, трещин и других дефектов. Наилучшие результаты дает механическое полирование. При сварке никеля зазор между свариваемыми кромками должен быть 2-3 мм. Листы надо жестко закреплять. По возможности рекомендуется сварка за один проход. При многопроходной сварке больших толщин необходима хорошая очистка поверхности промежуточных слоев от окислов шлака. Длинные швы лучше сваривать участками, оставляя небольшие разрывы, завариваемые после очистки от шлака. Шов выполняют с усилением, которое потом сошлифовывают. При сварке никеля используют электроды Н-10, Н-37 и «Прогресс-50». В качестве электродного прутка применяют никелевую проволоку Н-1 ГОСТ 2179-85. Лучше применять электроды «Прогресс-50», которые дают меньше пор. Аргонодуговая сварка. При аргонодуговой сварке обеспечивается надежная защита расплавленного металла сварочной ванны струей аргона, в результате чего получаем постоянное и высокое качество сварных соединений. Добавка к аргону до 20 % водорода предотвращает пористость. Никель растворяет большое количество водорода как в жидком, так и в твердом состоянии. При кристаллизации никель может растворить водорода вдвое больше, чем аустенитная сталь и в три раза больше, чем низкоуглеродистая сталь. Аргонодуговая сварка может осуществляться неплавящимся вольфрамовым электродом с присадочным прутком или по отбортовке кромок, а также плавящейся никелевой проволокой, желательно легированной до 3 % титаном. При использовании вольфрамового электрода аргонодуговая сварка никеля и его сплавов производится на постоянном токе прямой полярности при питании сварочной дуги от обычных серийных преобразователей (типа ПС-300) или сварочных установок типа УДГУ, ТИР, ВСВУ и др. Чтобы избежать включений вольфрама в металл шва при зажигании дуги, возбуждение ее следует производить на технологической подкладке. Заканчивая процесс сварки, надо уменьшить сварочный ток для предотвращения образования трещин в кратере, если сварка производится от серийного преобразователя с осциллятором. Перечисленные установки позволяют это делать автоматически. Швы желательно накладывать с минимальными поперечными колебаниями электрода и на максимально возможной скорости. При многопроходной сварке последующие швы необходимо накладывать после полного охлаждения металла, зачистки от шлака и обезжиривания предыдущих слоев. При сварке никеля допускается охлаждение водяным душем. Швы, обращенные к агрессивной среде, выполняют в последнюю очередь. Контактная сварка. Никель и высоконикелевые сплавы (монель, ин- конель и др.) хорошо свариваются точечной сваркой между собой, а также со сталями и многими медными сплавами. Соединения никеля и его сплавов можно также успешно выполнять роликовой и стыковой контактной сваркой. Сварка под флюсом и ЭШС. При сварке никеля и его сплавов эти способы также можно применять. Глава 7. Сварка титана и его сплавов Титан и его сплавы весьма перспективны, так как они имеют высокую удельную прочность (прочность, отнесенную к плотности) вплоть до температуры 400-500 °С и отличную коррозионную стойкость во многих агрессивных средах. Расширяется область применения титана и его сплавов в химическом машиностроении, авиационной промышленности и других отраслях. Чистый титан находит ограниченное применение (в радиотехнике). Технический титан содержит примеси внедрения, в том числе газы - кислород, азот, водород, которые в разной степени повышают прочность и снижают пластичность и вязкость металла. В сварных швах они вызывают образование холодных трещин. Поэтому свариваемый технический титан должен содержать ограниченное количество примесей - газов (табл. 7.1). За последние годы металлургическая промышленность освоила изготовление из технического титана листового проката, поковок, проволоки, труб и других полуфабрикатов.
Таблица 8.1 - Свойства металлов, подлежащих сварке Легирование титана позволяет получать свариваемые сплавы, обладающие повышенной прочностью при достаточной пластичности и вязкости. Легирующие элементы по-разному влияют на фазовый состав сплавов на основе титана. Алюминий, цинк, цирконий и др. не изменяют кристаллического строения технического титана, для которого при нормальной температуре характерна а-фаза. Марганец, молибден, ванадий, хром и др. при добавлении в титан способствует сохранению при нормальной температуре высокотемпературной Р-фазы. В зависимости от содержания легирующих элементов сплав может быть или однофазным или двухфазным. Технический титан и однофазные (а-фаза) сплавы титана не упрочняются в результате термической обработки. Двухфазные (а+Р) сплавы воспринимают упрочняемую термическую обработку (закалка с последующим отпуском). Большая химическая активность титана при высоких температурах и особенно в расплавленном состоянии по отношению к газам (02, Н2, ^) затрудняет сварку этого металла. Обязательным условием получения качественного соединения при сварке плавлением является надежная защита от газов атмосферы не только сварочной ванны, но остывающих участков металла шва и околошовной зоны вплоть до температуры 400 °С. Низкая теплопроводность титана способствует увеличению времени пребывания шва и околошовной зоны при высоких температурах. Чтобы преодолеть это затруднение сварку выполняют при минимально возможной погонной энергии. На качество сварных соединений титана оказывает влияние состояние поверхности кромок и присадочного металла (механическая обработка, травление). Наиболее частыми дефектами сварных швов являются поры и холодные трещины. Возбудителями пор являются газы и среди них, в первую очередь, водород. Скачкообразное резкое уменьшение растворимости водорода в твердом титане по сравнению с жидким приводит к интенсивному выделению этого газа при кристаллизации сварочной ванны, что может вызвать образование пор. Борьба с порами: обеспечить требуемую чистоту основного и сварочного материалов, сварку выполнять на оптимальных режимах. Холодные трещины возникают в сварных соединениях при пониженной пластичности разных его участков. К этому приводит чрезмерное содержание в основном металле и в шве примесей внедрения - газов. Трещины такого типа могут возникнуть сразу же после сварки, а также в процессе замедленного разрушения со временем после вылеживания сварных изделий. Причина - выделение водорода из твердого раствора с образованием гидридов титана и возникновением в шве больших внутренних напряжений. Для предохранения шва от загрязнений водородом применяют сварочную или присадочную проволоку, предварительно подвергнутую вакуумному отжигу, после чего содержание водорода не превышает 0,002-0,004 % по массе. Для соединений титана и его сплавов применяют дуговую сварку неплавящимся и плавящимся электродом с защитой инертным газом, дуговую сварку под флюсом и электрошлаковую сварку, а в последние годы - электроннолучевую сварку и сварку сжатой дугой, в том числе микроплазменную. В качестве защитного газа применяется аргон марки А ГОСТ 10157-87. Сварку вольфрамовым, обычно лантанированным, электродом выполняют на постоянном токе обратной полярности. Следует отметить, что необходимо применять приспособления, позволяющие защитить зону сварки, остывающие участки шва и око- лошовную зону, а также корень шва. Это - удлиненные насадки с отверстиями, защитные козырьки, ползунки и другие приспособления, обеспечивающие защиту металла шва и околошовной зоны. При сварке сосудов или труб инертный газ пропускают внутрь изделия. Находят применение герметичные камеры с контролируемой атмосферой инертного защитного газа с оператором снаружи или обитаемые.
|