Специфика сварки цветных металлов и сплавов — Сварка Профи

Большая энциклопедия нефти и газа

Cтраница 1

Сварка цветных металлов ( медные и алюминиевые сплавы) затруднительна из-за высокой теплопроводности, легкой окисляемости ( образование тугоплавких окисных пленок) и требует применения флюсов.  [1]

https://www.youtube.com/watch?v=TlFlVegc40U

Сварка цветных металлов и сплавов имеет особенности в связи с их высокой теплопроводностью, окисляемостью и хрупкостью при высоких температурах.  [2]

Сварка цветных металлов производится металлическими электродами с применением флюсов, электродами со специальными покрытиями, угольными ( графитовыми), а также вольфрамовыми электродами в среде защитных газов.  [3]

Сварка цветных металлов ( медные и алюминиевые сплавы) затруднена высокой теплопроводностью, легкой окисляемостью ( образование тугоплавких окисных пленок) и требует применения флюсов.  [4]

Сварка цветных металлов и сплавов, особенно алюминиевых, достаточно широко применяется при ремонте, так как в современных тракторах и автомобилях многие детали изготовлены из цветных металлов.  [5]

Сварка цветных металлов ( медные и алюминиевые сплавы) затруднительна из-за высокой теплопроводности, легкой окисляемости ( образование тугоплавких окисных пленок) и требует применения флюсов.  [6]

Длясварки цветных металлов, а также нержавеющей стали, в случае отсутствия нужной проволоки иногда применяют полоски, нарезанные из листов металла той же марки, что и свариваемый металл.  [7]

Длясварки цветных металлов и легированных сталей толщиной до 2 5 мм используют горелки ЭЗР-3-66 с естественным воздушным охлаждением.  [9]

Особенностисварки цветных металлов обусловливаются их свойствами: высокой теплопроводностью и теплоемкостью, большой величиной линейного расширения, способностью легко окисляться н поглощать газы и пары.

Алюминий и его сплавы имеют сравнительно низкую температуру плавления, а образующиеся в процессе сварки окислы более высокую. Окислы препятствуют хорошему сплавлению, понижают прочность и пластичность шва.

Особенностисварки цветных металлов и их сплавов обусловлены их физико-механическими и химическими свойствами. Температуры плавления и кипения цветных металлов невысокие, поэтому при сварке легко получить перегрев и даже испарение металла.

Если сваривают сплав металлов, то перегрев и испарение его составляющих может привести к образованию пор и изменению состава сплава.

Способность цветных металлов и их сплавов легко окисляться с образованием тугоплавких оксидов значительно затрудняет процесс сварки, загрязняет сварочную ванну, снижает физико-механические свойства сварного шва.

Ухудшению качества сварного соединения способствует также повышенная способность расплавленного. Большая теплоемкость и высокая теплопроводность цветных металлов и их сплавов вызывают необходимость повышения теплового режима сварки и предварительного нагрева изделия перед сваркой.

Относительно большие коэффициенты линейного расширения и большая линейная усадка приводят к возникновению значительных внутренних напряжений, деформаций и к образованию трещин в металле шва и околошовной зоны. Резкое уменьшение механической прочности и возрастание хрупкости металлов при нагреве могут привести к непредвиденному разрушению изделия.  [11]

Особенностисварки цветных металлов, специальных сталей и чугуна во всех положениях.  [12]

Присварке цветных металлов, например алюминиевых и медных сплавов, применяют флюсы. При сварке алюминиевых сплавов применяют бескислородные флюсы на основе фтористых, хлористых солей лития, калия, натрия и кальция.

При помощи специальной аппаратуры такой флюс подают в ацетиленовый канал сварочной горелки. Здесь он сгорает в пламени и в результате образуется борный ангидрид, связывающий окислы цинка.

Таким образом получается слой шлака, препятствующий дальнейшему выгоранию цинка.  [14]

Страницы:      1    2    3    4

Особенности сварки цветных металлов

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

К цветным относят большинство конструкционных металлов за исключением железа и его сплавов с углеро­дом (сталь, чугун). Цветные металлы и их сплавы при на­греве вступают во взаимодействие с окружающим возду­хом гораздо сильнее, чем черные.

Результат этого взаимо­действия — ухудшаются физико-механические свойства сварных соединений, что накладывает отпечаток на тех­нологию сварочных работ. Как правило, большинство цветных металлов образуют систему оксидов, тугоплав­кость которых значительно больше, чем самого металла.

Это приводит к появлению окисных включений в масси­ве шва, что отражается на его качестве. Большинство цветных металлов обладает значительно большей тепло­проводностью, чем сталь, что способствует быстрому ох­лаждению сварочной ванны.

Это обстоятельство накла­дывает отпечаток на подбор источников сварочной дуги, режимов сварки, а в ряде случае требует предварительно­го и сопутствующего подогрева. Количество цветных ме­таллов, используемых для технологических целей, очень велико. Поэтому остановимся только на некоторых из них, наиболее часто применяемых в конструкционных целях.

По­этому даже в холодном состоянии чистая медь легко под­вергается деформациям, что накладывает ограничения на ее использование в конструкционных целях.

Сплавы меди (брогіза, латунь) резко меняют ее физико-механические свойства, что значительно расширяет возможности их использования в-технологических целях.

Алюминий — один из самых распространенных в земной коре металлов. Это химически активный металл, легко вступающий в реакцию с атмосферными газами.

Однако оксидная пленка, быстро появляющаяся на поверхности алюминия, имеет защитные свойства и предохраняет ме­талл от дальнейшего атмосферного воздействия. Агрессив­ные среды (кислота, щелочь и т. д.) активно воздейству­ют на алюминий, разрушая его структуру.

Для нужд че­ловека алюминий используется повсеместно, поэтому технология сварочных работ в конструкциях этого метал­ла имеет очень важное значение.

Особенно это значение возросло с увеличением количества различных профилей из сплавов алюминия, позволяющих быстро и эффектив­но возводить достаточно прочные и долговечные ограж­дающие конструкции (оконные и дверные конструкции, различные типы раздвижных перегородок, зимние сады и т. д.).

Титан — металл с высокой прочностью и относитель­но небольшой (в два раза ниже, чем у железа) плотнос­тью.

Температура плавления титана достаточно высока, поэтому для сварочных работ требу­ются значительные энергетические затраты. В расплавлен­ном состоянии титан становится химически активным, поэтому его сварка требует соблюдения специальных тех­нологических процессов.

Никель — жаропрочный металл с высокой коррозион­ной стойкостью и большим электрическим сопротивле­нием. Высокая химическая стойкость никеля позволяет его применение для конструкционных целей в агрессив­ных средах. Так, никель достаточно устойчив к воздей­ствию щелочных растворов, а также многих солей кислот. Никель часто используют в сплавах железа, меди, цинка, кобальта и других металлов.

Цинк отличается относительной мягкостью и высокой антикоррозийной стойкостью. В сухой среде практически не окисляется. При повышенной влажности на поверхно­сти цинка образуется пленка, защищающая металл от дальнейшего вредного воздействия.

Припои

В качестве припоев используются как чистые металлы, так и их сплавы. Чтобы припой мог хорошо исполнять свое предназначение, он должен обладать целым рядом качеств.

Смачиваемость. Прежде всего, припой должен обладать хорошей смачиваемостью по отношению к соединяемым деталям. Без этого будет просто отсутствовать контакт между ним и паяемыми деталями.

В физическом смысле смачивание подразумевает явление, при котором прочность связи между частицами твердого вещества и смачивающей его жидкости оказывается выше, чем между частицами самой жидкости. При наличии смачивания жидкость растекается по поверхности твердого вещества и проникает во все его неровности.

Если припой не смачивает основной металл, пайка невозможна. В качестве такого примера можно привести чистый свинец, который плохо смачивает медь и не может поэтому служить припоем для неё.

Температура плавления. Припой должен иметь температуру плавления ниже температуры плавления соединяемых деталей, но выше той, при которой соединение будет работать. Температура плавления характеризуется двумя точками — температурой солидуса (температура, при которой плавится самый легкоплавкий компонент) и температурой ликвидуса (наименьшим значением, при которой припой становится полностью жидким).

Разница между температурами ликвидуса и солидуса называется интервалом кристаллизации. Когда температура соединения находится в интервале кристаллизации, даже незначительные механические воздействия приводят к нарушениям кристаллической структуры припоя, в результате чего может возникнуть его хрупкость и возрасти электрическое сопротивление.

Кроме хорошей смачиваемости и необходимой температуры плавления, припой должен обладать еще рядом свойства:

• Содержание токсичных металлов (свинца, кадмия) не должно превышать установленных значений для определенных изделий.
• Должна отсутствовать несовместимость припоя с соединяемыми металлами, которая может привести к образованию хрупких интерметаллических соединений.
• Припой должен обладать термостабильностью (сохранением прочности паяного соединения при изменении температуры), электростабильностью (неизменностью электрических характеристик при токовых, тепловых и механических нагрузках), коррозионной стойкостью.
• Коэффициент теплового расширения (КТР) не должен сильно отличаться от КТР соединяемых металлов.
• Коэффициент теплопроводности должен соответствовать характеру эксплуатации паяного изделия.

В зависимости от температуры плавления припои подразделяют на легкоплавкие (мягкие) с температурой плавления до 450°С и тугоплавкие (твердые) с температурой плавления выше 450°С.

Легкоплавкие припои. Наиболее распространенными легкоплавкими припоями являются оловянно-свинцовые, состоящие из олова и свинца в различном соотношении. Для придания определенных свойств в них могут вводиться другие элементы, например, висмут и кадмий для понижения температуры плавления, сурьма для увеличения прочности шва и т.д.

Оловянно-свинцовые припои имеют низкую температуру плавления и относительно невысокую прочность. Их не следует применять для соединения деталей, испытывающих значительную нагрузку или работающих при температуре выше 100°С. Если все же приходится применять пайку мягкими припоями для соединений, работающих под нагрузкой, нужно увеличивать площадь соприкосновения деталей.

К наиболее широко используемым относятся оловянно-свинцовые припои ПОС-18, ПОС-30, ПОС-40, ПОС-61, ПОС-90, имеющие температуру плавления примерно 190-280°С (из них самый тугоплавкий — ПОС-18, самый легкоплавкий — ПОС-61). Цифры означают процентное содержание олова.

Тугоплавкие припои. Из тугоплавких припоев чаще всего используются две группы — припои на основе меди и серебра. К первым относятся медно-цинковые припои, которые используются для соединения деталей, несущих лишь статическую нагрузку. Из-за определенной хрупкости их нежелательно применять в деталях, работающих в условиях ударов и вибрации.

К медно-цинковым припоям относятся, в частности, сплавы ПМЦ-36 (примерно 36% Сu, 64% Zn), с интервалом кристаллизации 800-825°C, и ПМЦ-54 (примерно 54% Cu, 46% Zn), с интервалом кристаллизации 876-880°C. С помощью первого припоя паяют латунь и прочие медные сплавы с содержанием меди до 68%, осуществляют тонкую пайку по бронзе. ПМЦ-54 используют для пайки меди, томпака, бронзы, стали.

Для соединения стальных деталей в качестве припоя используют чистую медь, латуни Л62, Л63, Л68. Соединения, паянные латунью, обладают более высокой прочностью и пластичностью в сравнении с соединениями, паянными медью, они способны вынести значительные деформации.

Серебряные припои относятся к наиболее качественным. Сплавы марки ПСр кроме серебра содержат медь и цинк. Припоем ПСр-70 (примерно 70% Ag, 25% Cu, 4% Zn), c температурой плавления 715-770°C, паяют медь, латунь, серебро. Его используют в тех случаях, когда место спая не должно резко уменьшать электропроводность изделия.

ПСр-65 используют для пайки и лужения ювелирных изделий, фитингов из меди и медных сплавов, предназначенных для соединения медных труб, используемых в системах горячего и холодного питьевого водоснабжения, им паяют стальные ленточные пилы. Припой ПСр-45 используют для пайки стали, меди, латуни.

Другие виды припоя. Существует множество других припоев, предназначенных для пайки изделий, состоящих из редких материалов или работающих в особых условиях.

Никелевые припои предназначены для пайки конструкций, работающих в условиях высоких температур. Обладая температурой плавления от 1000°C до 1450°C, они могут использоваться для пайки изделий из жаропрочных и нержавеющих сплавов.

Золотые припои, состоящие из сплавов золота с медью или никелем, используются для пайки золотых изделий, для пайки вакуумных электронных трубок, в которых недопустимо наличие летучих элементов.

Для пайки магния и его сплавов применяют магниевые припои, содержащие помимо основного металла также алюминий, цинк и кадмий.

Материалы для пайки металлов могут иметь различную форму выпуска — в виде проволоки, тонкой фольги, таблеток, порошка, гранул, паяльных паст. От формы выпуска зависит способ их ввода в стыковую зону. Припой в виде фольги или паяльной пасты укладывается между соединяемыми деталями, проволока подается в зону соединения по мере расплавления ее конца.

Флюсы. Прочность паяного соединения зависит от взаимодействия основного металла с расплавленным припоем, которое в свою очередь зависит от наличия физического контакта между ними. Оксидная пленка, присутствующая на поверхности паяемого металла, препятствует контакту, взаимной растворимости и диффузии частиц основного металла и припоя.

Поэтому ее необходимо удалять. Для этого применяются флюсы, в задачу которых входит не только удаление старой окисной пленки, но и препятствие образованию новой, а также снижение поверхностного натяжения жидкого припоя с целью улучшения его смачиваемости.

При пайке металлов применяются различные по составу и свойствам флюсы. Флюсы для пайки имеют различия:

• по агрессивности (нейтральные и активные);
• по температурному интервалу пайки;
• по агрегатному состоянию — твердые, жидкие, геле- и пастообразные;
• по виду растворителя — водные и неводные.

Кислые (активные) флюсы, например «Паяльную кислоту» на основе хлорида цинка, нельзя использовать при пайке электронных компонентов, так как они хорошо проводят электрический ток и вызывают коррозию, однако, из-за своей агрессивности, они очень хорошо подготавливают поверхность и поэтому незаменимы при пайке металлических конструкций.

Широко распространенными флюсами являются борная кислота (H3BO3), бура (Na2B4O7), фтористый калий (KF), хлористый цинк (ZnCl2), канифольно-спиртовые флюсы, ортофосфорная кислота. Флюс должен соответствовать температуре пайки, материалу паяемых деталей и припоя.

Например, бура используется для высокотемпературной пайки углеродистых сталей, чугуна, меди, твердых сплавов медными и серебряными припоями. Для пайки алюминия и его сплавов применяют препарат, состоящий из хлористого калия, хлористого лития, фтористого натрия и хлористого цинка (флюс 34А).

Флюс может применяться не только в виде отдельного компонента, но и входить составным элементом в паяльные пасты и таблетированные виды так называемых флюсующихся припоев.

Паяльные пасты. Паяльная паста — это пастообразное вещество, состоящее из частиц припоя, флюса и различных добавок. Паяльная паста обычно используется для поверхностного монтажа SMD-компонентов, но удобна и для пайки в труднодоступных местах.

Пайка радиодеталей такой пастой осуществляется с помощью термовоздушной или инфракрасной станции. Получается красивая и качественная пайка. Однако из-за того, что большая часть паяльных паст не содержит активных флюсов позволяющих паять, например сталь, большинство их подходят только для пайки электроники.

Сварка цветных металлов и их сплавов

Температуры плавления и кипения цветных металлов сравнительно невысоки, по϶тому при сварке легко получить перегрев и даже испарение металла. При сварке сплава перегрев и испарение ᴇᴦο составляющих может привести к образованию пор и изменению состава сплава.

Способность цветных металлов и их сплавов легко окисляться с образованием тугоплавких оксидов значительно затрудняет процесс сварки, загрязняет сварочную ванну оксидами, снижает физико-механические свойства сварного шва. Ухудшает свойства св.

шва аналогичным образом повышенная способность расплавленного металла (сплава) поглощать газы (кислород, азот, водород), приводящая к пористости металла шва.

Сравнительно большие коэффициенты линейного расширения и большая литейная усадка приводят к значительным внутренним напряжениям, деформации и образованию трещин в металле шва и околошовнои̌ зоне и ведет к разрушению детали.

Для выполнения качественного сварного соединения применяются разные технологические меры, учитывающие особенности каждого материала.

Медь. При температуре 500- 600°С становится хрупкой. Свариваемость сильно зависит от наличия примесей: висмута, сурьмы, мышьяка. Наилучшая свариваемость у чистой электролитической меди.

Расплавленная медь легко окисляется с образованием оксида Cu2O и легко поглощает H2 и оксид углерода. При охлаждении выделяются пузырьки паров воды и СО2, которые не растворяются. Они, расширяясь, создают внутренние напряжения и приводят к образованию межкристаллитных трещин- водороднои̌ болезни меди.

РДС меди выполняется угольным или металлическим (медным или из медных сплавов) электродом.

Для предохранения от окисления меди применяются флюсы, наносимые на разделку шва и на присадочные прутки.

Сварка листов меди в защитных газах s= 1,5- 20 мм производится постоянным током прямой полярности. (I = 200- 500 A).

Автоматическая сварка меди выполняется под флюсом (U= 38- 40B, I=100A/мм2).

При газовой сварке меди необходимо пламя повышеннои̌ мощности. Для уменьшения отвода тепла изделия закрывают листовым асбестом.

Латунь.

При газовой сварке нормальным пламенем выделяются пары, приводящие к пористости шва. По϶тому применяют пламя с избытком кислорода.

Бронза.

При сварке рекомендуется предварительный подогрев деталей до Т= 250- 300°С. Допускается легкая проковка сварного шва для улучшения качества наплавленного металла.

Алюминий и ᴇᴦο сплавы.

Основные трудности заключаются в наличии на поверхности свариваемых кромок тугоплавкой оксиднои̌ пленки, препятствующей сплавлению основного и присадочного металлов.

Следует иметь ввиду, что при нагреве до 400- 500°С прочность Al резко падает и деталь может разрушиться под действие собственного веса.

Титан.

Из-за высокого электрического сопротивления и низкой теплопроводности на сварку надо значительно меньше электроэнергии, чем на сварку алюминия или стали.

Основная трудность состоит в большой химической активности Ti при высоких температурах к кислороду, азоту, водороду.

Сварка производится в защитных газах неплавящимся электродом и титановой присадочнои̌ проволокой, а аналогичным образом под флюсом.

РДС вольфрамовым электродом производится постоянным током прямой полярности (При s= 0,5- 4 мм I= 40- 170A).