Особые виды сварки металла

В промышленности и строительстве все более широкое распространение получают тугоплавкие и химически активные металлы и сплавы. Они применяются в особо ответственных узлах. Для получения высококачественных швов в этих случаях используют источники с высокой концентрацией теплоты и осуществляют сварку в среде с очень низким содержанием кислорода, азота и водорода. Наиболее часто применяются электронно-лучевая и плазменная сварки.
Электронно-лучевая сварка металла осуществляется путем использования кинетической энергии концентрированного потока электронов, движущихся с большой скоростью в вакууме. Устройство для электронно-лучевой сварки похоже на устройство кинескопа (катод, ускоряющий электрод, магнитная линза, напряжение 30-100 кВ).
Плазменная сварка металла основана на использовании струи ионизированного газа - плазмы, содержащего электрически заряженные частицы и способного проводить ток. Энергия дуговой плазменной струи зависит от сварочного тока, напряжения, расхода газа и др. факторов. Источники питания дуги должны иметь рабочее напряжение более 120 В. Плазмообразующий газ служит также защитой расплавленного металла от окружающего воздуха.

При смешанном переносе электродного металла наблюдается максимальное образование брызг (потери на разбрызгивание могут достигать 20 30%) - такое явление также связано с короткими замыканиями дугового промежутка расплавленным электродным металлом и образованием в межэлектродном промежутке капель с разной массой и различной скоростью перемещения. В диапазоне сварочных токов, при котором возникает смешанный перенос электродного металла сварку не выполняют.

Рисунок 2. Виды переноса электродного металла

Наименьшие потери на разбрызгивание наблюдаются при мелкокапельном переносе электродного металла. В определённом диапазоне сварочных токов (плотностей сварочных токов) перенос электродного металла приобретает мелкокапельный (струйный характер). Образовавшаяся на торце электрода, при таком процессе, капля не растягивается и не увеличивается до соприкосновения с основным металлом, что не приводит к коротким замыканиям, взрывам и образованиям брызг.

Рекомендуемые значения силы тока для процесса сварки в углекислом газе представлены в таблице 1.

Достоинства способа:

Повышенная производительность (по сравнению с дуговой сваркой покрытыми электродами);

Отсутствуют потери на огарки, устранены затраты времени на смену электродов;

Надёжная защита зоны сварки;

Минимальная чувствительность к образованию оксидов;

Отсутствие шлаковой корки;

Возможность сварки во всех пространственных положениях.

Недостатки способа:

Большие потери электродного металла на угар и разбрызгивание (на угар элементов 5-7%, при разбрызгивании от 10 до 30%);

Мощное излучение дуги;

Ограничение по сварочному току;

Сварка возможна только на постоянном токе.

Области применения:

Сварка тонколистового металла и металла средних толщин (до 20мм);

Возможность сварки сталей всех классов, цветных металлов и сплавов, разнородных металл

<

Рисунок 1. Схема сварки покрытым металлическим электродом

Электрод состоит из электродного стержня и электродного покрытия (см. рисунок 1). Электродный стержень – сварочная проволока; электродное покрытие – многокомпонентная смесь металлов и их оксидов. По функциональным признакам компоненты электродного покрытия разделяют:

Газообразующие:

защитный газ;

ионизирующий газ;

Шлакообразующие:

для физической изоляции расплавленного металла от активных газов атмосферного воздуха;

раскислители;

рафинирующие элементы;

легирующие элементы;

Связующие;

Пластификаторы.

При электродуговой сварке применяют соединения стыковые, внахлестку, тавровые и угловые, прорезные, торцевые, с накладками, электрозаклепками (рис.).

Сварные швы различают по видам:

в пространстве— нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные;

по протяженности — сплошные и прерывистые;

по действующим усилиям — фланговые, лобовые, комбинированные и косые;

по типу усиления — нормальные, усиленные и ослабленные;

по ширине — ниточные и уширенные;

по числу слоев — однослойные (однопроходные) и многослойные (многопроходные);

по назначению — прочные, плотные и прочноплотные.

Выбор марки электродов производится в зависимости от марок свариваемых сталей.

Перед применением электродов независимо от наличия сертификатов проверяют технологические свойства каждой партии электродов. Легированные электроды, кроме того, проверяют на соответствие марочному составу путем стилоскопирования (спектральный анализ с помощью стилископа по установлению марки металла) наплавленного металла, а электроды марок ЦТ-15, ЦТ-26 — также на содержание феррита в наплавленном металле. Для ручной и автоматической сварок в среде аргона в качестве неплавящегося электро да применяют прутки лантанированного вольфрама марок ВЛ-2 и ВЛ-10 или итерированного вольфрама марки СВИ-1.

В ремонтной практике широко применяются наплавка и напыление специальными износостойкими материалами, которые являются наиболее универсальными и

Рис. 14.1. Сварные соединения:

а — стыковые; б — стыковые с отбортовкой; в — стыковые листов разной толщины; г — внахлестку; д — угловые; е — тавровые; ж — прорезные; з — торцовые (боковые); и — с накладками; к — электрозаклепками

экономичными средствами восстановления и защиты элементов оборудования, повышения износостойкости и увеличения срока службы.

Для наплавки применяются зернистые и порошковые наплавочные смеси, литые сплавы.

К механизированным способам наплавки относятся дуговой под флюсом, порошковыми проволоками, в защитных газах, плазменно-дуговой, вибродуговой, токами высокой частоты.

Современные способы плазменной обработки позволяют наносить на изнашивающиеся поверхности также тугоплавкие карбиды и неметаллические теплостойкие материалы. Перспективен способ детонационного напыления, позволяющий наносить на поверхность деталей защитные слои из любых металлов. Совершенствуется способ электроискрового легирования

к

Рис. 14.2. Классификация сварных швов:

а — по положению в пространстве; б — по отношению к действующему усилию; в

— по протяженности (t — шаг, /, — длина участка шва); г — по объему наплавленного металла

Никель и титан, использующиеся при ремонте оборудования в качестве покрытия сплавов, придают деталям высокую эрозионную устойчивость. В зависимости от вида и характера износа, а также условий выполнения работы применяются плазменное напыление и газопорошковая наплавка сплавами, электродуговая наплавка электродами, наплавка порошковой проволокой ППАН-170 и аргонодуговая наплавка твердым сплавом ВК. Присадочный порошок ПГ-ХН80СР-3 подается в плазменную струю горелки (рис.) спортирующего газа.

Рис. 14.3. Схема плазменной наплавки с вдуванием порошка в плазменный поток:

1 — ввод плазмообразующего газа; 2 — вольфрамовый электрод; 3 — стабилизирующее сопло; 4 — ввод присадочного порошка транспортирующим газом; 5 — фокусирующее сопло; 6 — ввод защитного газа; 7 — защитное сопло; 8 — газовая линза; 9 — наплавляемая деталь; 10 — источник питания дуги прямого действия; // — источник питания косвенной дуги; 12 — балластные реостаты