Газовая сварка меди

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

ГАЗОВАЯ СВАРКА МЕДИ

Введение

История сварки

В 1802 году впервые в мире профессор физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии В.В.Петров (1761-1834гг.) открыл электрическую дугу и описал явления, происходящие в ней, а также указал на возможность её практического применения. В 1881 году русский изобретатель Н.Н.Бенардос (1842-1905гг.) применил электрическую дугу для соединения и разъединения стали. Дуга Н.Н. Бенардоса горела между угольным электродом и свариваемым металлом. Присадочным прутком для образования шва служила стальная проволока. В качестве источника электрической энергии использовались аккумуляторные батареи. Сварка, предложенная Н.Н. Бенардосом, применялась в России в мастерских Риго-Орловской железной дороги при ремонте подвижного состава. Н.Н. Бенардосом были открыты и другие виды сварки: контактная точечная сварка, дуговая сварка несколькими электродами в защитном газе, а также механизированная подача электрода в дугу.

В 1888 году русский инженер Н.Г.Славянов (1854-1897гг.) предложил дуговую сварку плавящимся металлическим электродом. Он разработал научные основы дуговой сварки, применил флюс для защиты металла сварочной ванны от воздействия воздуха, предложил наплавку и сварку чугуна. Н.Г.Славянов изготовил сварочный генератор своей конструкции и организовал первый в мире электросварочный цех в Пермских пушечных мастерских, где работал с 1883 по 1897г.

Н.Н.Бенардос и Н.Г.Славянов положили начало автоматизации сварочных процессов. Однако в условиях царской России их изобретения не нашли большого применения. Только после Великой Октябрьской социалистической революции сварка получает распространение в нашей стране. Уже в начале 20-х гг. под руководством профессора В.П.Вологдина на Дальнем Востоке производили ремонт судов дуговой сваркой, а также изготовление сварных котлом, а несколько позже - сварку судов и ответственных конструкций.

Развитие и промышленное применение сварки требовало разработки и изготовления надёжных источников питания, обеспечивающих устойчивой горение дуги. Такое оборудование - сварочный генератор СМ-1 и сварочный трансформатор с нормальным магнитным рассеянием СТ-2 - было изготовлено впервые в 1924 году Ленинградским заводом «Электрик». В том же году советский учёный В.П. Никитин разработал принципиально новую схему сварочного трансформатора типа СТН. Выпуск таких трансформаторов заводом «Электрик» начал с 1927г.

В 1928 году учёный Д.А. Дульчевский изобрёл автоматическую сварку под флюсом.

Новый этап в развитии сварки относится к концу 30-ых годов, когда коллективом института электросварки АН УССР под руководством академика Е.О.Патона был разработан промышленный способ автоматической сварки под флюсом. Внедрение его в производство началось с 1940г. Сварка под флюсом сыграла огромную роль в годы войны при производстве танков, самоходных орудий и авиабомб. Позднее был разработан способ полуавтоматической сварки под флюсом.

В конце 40-ых годов получила промышленное применение сварка в защитном газе. Коллективами Центрального научно-исследовательского института технологий машиностроения и Института электросварки имени Е.О. Патонова разработана и в 1952 году внедрена полуавтоматическая сварка в углекислом газе.

Огромным достижением сварочной техники явилась разработка коллективом ИЭС в 1949 году электрошлаковой сварки, позволяющей сваривать металлы практически любой толщины.

Авторы сварки в углекислом газе плавящимся электродом и электрошлаковой сварки К.М. Новожилив, Г.З. Волошкевич, К.В.Любавский и др. удостоены Ленинской премии.

В последующие годы в стране стали применяться: сварка ультразвуком, электронно-лучевая, плазменная, диффузионная, холодная сварка, сварка трением и др. Большой вклад в развитие сварки внесли учёные нашей страны: В.П.Вологдин, В.П.Никитин, Д.А. Дульчевский, Е.О. Патонов, а также коллективы Института электросварки имени Е.О. Патонова, Центрального научно-исследовательского института технологии машиностроения, Всесоюзного научно-исследовательского и конструктивного института автогенного машиностроения, Института металлургии имени А.А. Байкова, ленинградского завода «Электрик» и др.

Сварка во многих случаях заменила такие трудоёмкие процессы изготовления конструкций, как клёпка и литьё, соединение на резьбе и ковка. Преимущество сварки перед этими процессами следующие:

* экономия металла - 10...30% и более в зависимости от сложности конструкции

* уменьшение трудоёмкости работ, сокращение сроков работ и уменьшение их стоимости

* удешевление оборудования

* возможность механизации и автоматизации сварочного процесса

* возможность использования наплавки для восстановления изношенных деталей

* герметичность сварных соединений выше, чем клепаных или резьбовых

* уменьшение производственного шума и улучшение условий труда рабочих

Виды сварки.

Сварка плавлением осуществляется при нагреве сильным концентрированным источником тепла (электрической дугой, плазмой и др.) кромок свариваемых деталей, в результате чего кромки в месте соединения расплавляются, самопроизвольно сливаются, образуя общую сварочную ванну, в которой происходят некоторые физические и химические процессы.

Сварка давлением осуществляется пластическим деформированием металла в месте соединения под действием сжимающих усилий. В результате различные загрязнения и окислы на свариваемых поверхностях вытесняются наружу, а чистые поверхности сближаются по всему сечению на расстояние атомного сцепления.

Основные виды сварки:

Ручная дуговая сварка осуществляется покрытыми металлическими электродами. К электроду и свариваемому металлу подводится переменный или постоянный ток, в результате чего возникает дуга, постоянную длину которой необходимо поддерживать на протяжении всего процесса сварки.

Дуговая сварка под флюсом. Сущность сварки состоит в том, что дуга горит под слоем сварочного флюса между концом голой электродной проволоки. При горении дуги и плавлении флюса создаётся газошлаковая оболочка, препятствующая отрицательному воздействию атмосферного воздуха на качество сварного соединения.

Дуговая сварка в защитном газе производится как неплавящимся (чаще вольфрамовым), так и плавящимся электродам.

При сварке неплавящимся электродом дуга горит между электродом и свариваемым металлом в защитном инертном газе. Сварочная проволока вводится в зону сварки со стороны.

Сварка плавящимся электродам выполняется на полуавтоматах и автоматах. Дуга в данном случае возникает между непрерывно подающейся голой проволокой и свариваемым металлом.

В качестве защитных газов применяют инертные (аргон, гелий, азот) и активные газы (углекислый газ, водород, кислород), а также смеси аргона с гелием, либо углекислым газом, либо кислородом; углекислого газа с кислородом и др.

Газовая сварка осуществляется путём нагрева до расплавления свариваемых кромок и сварочной проволоки высокотемпературным газокислородным пламенем от сварочной горелки. В качестве горючего газа применяется ацетилен и его заменители (пропан-бутан, природный газ, пары жидких горючих и др.)

Электрошлаковая сварка применяется для соединения изделий любой толщины в вертикальном положении. Листы устанавливают с зазором между свариваемыми кромками. В зону сварки подают проволоку и флюс. Дуга горит только в начале процесса. В дальнейшем после расплавления определённого количества флюса дуга гаснет, и ток проходит через расплавленный шлак.

Контактная сварка осуществляется при нагреве деталей электрическим током и их пластической деформации (сдавливании) в месте нагрева. Местный нагрев достигается за счёт сопротивления электрическому току свариваемых деталей в месте их контакта. Существует несколько видов контактной сварки, отличающихся формой сварного соединения, технологическими особенностями, способами подвода тока и питания электроэнергией.

Виды контактной сварки:

* стыковой контактной сварке свариваемые части соединяют по поверхности стыкуемых торцов.

* точечной контактной сваркой соединение элементов происходит на участках, ограниченных площадью торцов электродов, подводящих ток и передающих усилие сжатия.

* рельефная контактная сварка осуществляется на отдельных участках по заранее подготовленным выступам - рельефам.

* шовной контактной сварке соединение элементов выполняется внахлёстку вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывистого шва.

Электронно-лучевая сварка. Сущность процесса сварки электронным лучом состоит в использовании кинетической энергии электронов, быстро движущихся в глубоком вакууме. При бомбардировке поверхности металла электронами подавляющая часть их кинетической энергии превращается в теплоту, которая используется для расплавления металла.

Для сварки необходимо: получить свободные электроны, сконцентрировать их и сообщить им большую скорость, чтобы увеличить их энергию, которая при торможении электронов в свариваемом металле превращается в теплоту. сварка электрошлаковый метал медь

Электронно-лучевой сваркой сваривают тугоплавкие и редкие металлы, высокопрочные, жаропрочные и коррозионно-стойкие сплавы и стали.

Диффузионная сварка в вакууме имеет следующие преимущества: металл не доводится до расплавления, что даёт возможность получить более прочные сварные соединения и высокую точность размеров изделий; позволяет сваривать разнородные материалы: сталь с алюминием, вольфрамом, титаном, металлокерамикой, молибденом, медь с алюминием и титаном, титан с платиной и т. п.

Плазменной сваркой можно сваривать как однородные, так и разнородные металлы, а также неметаллические материалы. Температура плазменной дуги, применяемой в сварочной технике, достигает 30 000 C. Для получения плазменной дуги применяются плазмотроны с дугой прямого или косвенного действия. В плазмотронах прямого действия плазменная дуга образуется между вольфрамовым электродом и основным металлом. Сопло в таком случае электрически нейтрально и служит для сжатия и стабилизации дуги. В плазмотронах косвенного действия плазменная дуга создаётся между вольфрамовым электродом и соплом, а струя плазмы выделяется из столба дуги в виде факела. Дугу плазменного действия называют плазменной струёй. Для образования сжатой дуги вдоль её столба через канал в сопле пропускается нейтральный одноатомный (аргон, гелий) или двухатомный газ (азот, водород и другие газы и их смеси). Газ сжимает столб дуги, повышая тем самым температуру столба.

Лазерная сварка. Лазер - оптический квантовый генератор (ОПГ). Излучателем - активным элементом - в ОРГ могут быть: 1) твёрдые тела - стекло с неодимом, рубин и др.; 2) жидкости - растворы окиси неодима, красители и др.; 30 газы и газовые смеси - водород, азот, углекислый газ и др.; 4) полупроводниковые монокристаллы - арсениды галлия и индия, сплавы кадмия с селеном и серой и др. Обрабатывать можно металлы и неметаллические материалы в атмосфере, вакууме и в различных газах. При этом луч лазера свободно проникает через стекло, кварц, воздух.

Холодная сварка металлов. Сущность этого вида сварки состоит в том, что при приложении большого давления к соединяемым элементам в месте их контакта происходит пластическая деформация, способствующая возникновению межатомных сил сцепления и приводящая к образованию металлических связей. Сварка производится без применения нагрева. Холодной сваркой можно получать соединения стык, внахлёстку и втавр. Этим способом сваривают пластичные металлы: медь, алюминий и его сплавы, свинец, олово, титан.

Сварка трением выполняется в твёрдом состоянии под воздействием теплоты, возникающей при трении поверхностей свариваемых деталей, с последующим приложением сжимающих усилий. Прочное сварное соединение образуется в результате возникновения металлических связей между контактирующими поверхностями свариваемых деталей.

Высокочастотная сварка основана на нагревании металла пропусканием через него токов высокой частоты с последующим сдавливанием обжимными роликами. Такая сварка может производиться с подводом тока контактами и с индукционным подводом тока.

Сварка ультразвуком. При сварке ультразвуком неразъёмное соединение металлов образуется при одновременном воздействии на детали механических колебаний высокой частоты и относительно небольших сдавливающих усилий. Этот способ применяется при сварке металлов, чувствительных к нагреву, пластичных металлов, неметаллических материалов.

Сварка взрывом основана на воздействии направленных кратковременных сверхвысоких давлений энергии взрыва порядка (100...200) Х 108 Па на свариваемые детали. Сварку взрывом используют при изготовлении заготовок для проката биметалла, при плакировке поверхностей конструкционных сталей металлами и сплавами с особыми физическим и химическими свойствами, а также при сварке деталей из разнородных металлов и сплавов.

Газовая сварка меди

Медь обладает высокой теплопроводностью. Чтобы нагреть медь до расплавления, требуется брать пламя горелки более мощное, чем при сварке стали.

При сварке меди толщиной до 10 мм наконечник горелки выбирают из расхода 150 л ацетилена в час на 1 мм толщины, а при сварке более толстых листов -- 200 л/ч.

Рекомендуется сварку листов толщиной более 10 мм производить одновременно двумя горелками: одной -- предварительный подогрев, а второй -- сварку. Мощность горелки для подогрева выбирается из расчета 150 л/ч, а для сварки-- 100 л/ч ацетилена на 1 мм толщины металла.

В процессе сварки пламя подогревательной горелки должно закрывать все пространство между сварочной и подогревательной горелкой. Подогревательная горелка движется впереди сварочной. В конце сварки подогревательная горелка может быть потушена. Для уменьшения отвода тепла медные листы варят на асбестовой подкладке. При сварке больших толщин листы покрывают асбестом также и сверху. Пламя горелки должно быть строго нормальным. Избыток кислорода приводит к сильному окислению меди, а избыток ацетилена -- к пористости, а иногда помимо этого появляются трещины. Расплавление меди производится восстановительной зоной пламени, расстояние от конца ядра до поверхности металла равно 3--6 мм. Пламя должно все время закрывать нагретый металл. Нельзя отводить пламя в сторону от шва, так как медь в на-гретом состоянии усиленно окисляется, в результате чего в 2--3 раза снижается ее прочность. При перерывах в работе пламя нужно отводить от шва медленно, пока шов не остынет до температуры порядка 300° С.

Присадочную проволоку берут из чистой электролитической меди, а при сварке металла толщиной более 3 мм следует брать медную проволоку с добавлением 0,2% фосфора. Фосфор понижает вязкость меди, благодаря чему облегчается удаление газов и шлаков из расплавленного металла сварочной ванны. Кроме того, фосфор раскисляет медь. Диаметр присадочной проволоки в зависимости от толщины свариваемого металла следующий:

Толщина металла в мм .

до 1,5; 1,5--2,5; 2,5--4; 4--8; 8--15; более 15

Диаметр присадочной проволоки в мм

1,5; 2; 3; 5; 6; 8

Для раскисления меди, а также для предохранения меди от окисления при сварке применяют флюсы. В качестве флюса применяют одну буру или смесь буры и борной кислоты, взятых в равных количествах.

Лучшие результаты дает флюс такого состава: буры прокаленной 78%, поваренной соли 13%, двууглекислого натрия 5%, борной кислоты 4%.

Флюс применяется в виде порошка или пасты, разведенной на воде. Флюсом покрывают шов и соседние с ним участки металла на расстоянии 20--30 мм от кромки. Во время сварки нагретую присадочную проволоку время от времени обмакивают в банку с флюсом. Флюс налипает на присадочную проволоку и вносится в сварочную ванну.

Листы толщиной до 3 мм не требуют специальной подготовки кромок. При большей толщине листов производится скос кромок под углом 45°. Корень шва должен иметь притупление, равное 1/2 толщины листа. Кромки шва должны быть зачищены до металлического блеска. Сварку начинают, отступив от конца шва на 1/3 его длины. Сначала сваривают более длинный участок шва, а затем -- более короткий. Не рекомендуется ставить прихватки, так как в шве могут появиться трещины.

При сварке кромки металла необходимо плавить одновременно с присадочной проволокой, причем желательно, чтобы металл проволоки был нагрет до более высокой температуры, чем основной металл. Заполнить разделку нужно сразу на всю высоту, все время внося на проволоке флюс. При недостатке флюса металл ванны вскипает и становится тугоплавким из-за появления окислов меди. Наложения второго слоя и подварки шва следует избегать, так как повторный нагрев ведет к появлению трещин в шве. Сваривать медь нужно быстро и без перерывов, чтобы в шве не образовались окислы меди. Для повышения скорости сварки мундштук горелки нужно держать почти под прямым углом к поверхности листа.

Для улучшения качества сварного шва после сварки рекомендуется производить проковку его и отжиг.

Проковка шва для листов толщиной до 5 мм производится в холодном состоянии, а для больших толщин -- в горячем состоянии, при температуре 200--300° С. Нельзя проковывать шов при температуре выше 500° С, так как медь при такой температуре имеет низкую прочность и может дать трещины.

После проковки шов необходимо отжечь, нагрев его горелкой или в печи до температуры 500--550° С, а затем быстро охладив в воде. В результате отжига металл шва становится вязким.

Газовая сварка меди. Первое, что надо помнить -- медь сильно окисляется. Образующийся оксид снижает пластичность и механическую прочность сварного шва. Помимо всего, появляются мелкие трещины в расплавленном металле («водородная болезнь»). Это и объясняет необходимость обязательного использования флюсов при работах с медью. Роль флюсов заключается в растворении образующихся оксидов. Оксиды трансформируются в легкоплавкие шлаки. А чтобы закиси меди (Си2О) не образовывались в металле шва, необходимы присадки (марганец, кремний). Для указанных целей рекомендуется и использование меди с пониженным содержанием кислорода (до 0,01%).

Флюсы и присадочные металлы даны в таблицах.

Таблица 1:флюсы для газовой сварки меди

Таблица 2: металлы присадочные

Медь для раскислителей

Дополнительные трудности возникают при газовой сварке меди из-за ее уникальных теплофизических . свойств. Медь обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью (в 6--7 раз выше, чем у стали), повышенным коэффициентом линейного расширения при нагревании (в 1,5 раза выше, чем у стали).

Эти свойства обусловливают большую, чем при сварке стали, зону термического влияния и приводят к появлению значительных тепловых деформаций, которое могут вызывать при охлаждении сварного шва значительные напряжения.

Некоторыми технологическими приемами можно устранить нежелательные последствия при сварке меди.

К примеру, сварку можно вести на увеличенных скоростях. Это уменьшит время соприкосновения пламени с жидким металлом. Для этого надо предварительно подогреть свариваемые кромки. Наконечник для сварки меди всегда будет на 1--2 номера больше, чем наконечник для сварки стали. Это общее правило, и его надо знать без обращения к специальным источникам. Разрушить оксидные прослойки после сварки можно путем проковки шва в горячем состоянии. Обычно медь сваривается в виде стыковых и угловых соединений. Сварка впритык (тавровое соединение) и сварка в кромку применяется только при ремонте. Внахлестку медь не сваривается. И последнее -- медь сваривается только в один слой. При накладывании второго слоя большая вероятность появления трещин. При сварке меди надо соблюдать технологическую последовательность операций. В противном случае полученный сварной шов не будет соответствовать предъявляемым требованиям. Опишем все стадии процесса сварки.

Первое-- подготовка свариваемых деталей. Для этого надо зачистить как кромки свариваемых изделий (деталей) , так и прилегающую к ним поверхность металла. Очищать можно как механическим, так и химическим путем. Затем надо собрать свариваемые детали, закрепить их (лучше всего в кондукторе) и сделать прихватки. Прихватки -- это короткие швы (не более 5 мм) с интервалом между ними в 70--100 мм. Если свариваются детали, имеющие значительную толщину, то длина прихваток составит не менее 20 мм при интервале между ними в 400--500 мм.

Второе-- установка свариваемой детали (свариваемых деталей). Свариваемые детали надо располагать под углом 7--10° к горизонтальной плоскости, чтобы лучше заполнялись зазоры кромок (разделка кромок).

Третье-- установка режима сварки. Мощность горелки регулируется, исходя из следующего расчета -- 155-- 175 л/ч ацетилена на 1мм свариваемой толщины (при толщине 3--4 мм). Если толщина больше, порядка 8-- 10 мм -- 175--225 л/ч на 1 мм толщины. Пламя должно быть нормальным, мягким.

Четвертое-- сам процесс сварки. Свариваемые кромки нагреваются, на них в виде пасты наносится флюс. Флюсом покрывается и присадочный пруток.

Расплавить присадочный пруток, расположив его над местом сварки близко от сварочной ванны для уменьшения ее оксидирования.

Установить горелку под углом наклона к свариваемому изделию 30--40°, присадочной проволоки -- 30-- 40°, расположить ядро пламени на расстоянии 6--10 мм от расплавленного металла и выполнить сварку восстановительной зоной пламени в один проход снизу вверх: левым способом при толщине листов до 5 мм, а при большей толщине -- правым способом.

Во время сварки периодически добавлять флюс непосредственно в зону сварки на кончике присадочной проволоки, непрерывно перемешивая жидкий металл присадкой, извлекая ее возможно реже из ванночки.

Пятое-- завершение процесса сварки.

После сварки шов проковать: при толщине листов до 4 мм -- в холодном состоянии, при больших толщинах -- при температуре до 500°С; принять меры предосторожности против резкого охлаждения сварного соединения под воздействием сквозняков или притока холодного воздуха. Очистить шов 2% раствором серной или азотной кислоты и промыть водой для удаления остатков флюса.

Размещено на Allbest.ru