Третьяков_Курс лекций по дисциплине Технология конструкционных материалов (Третьяков Курс лекций по дисциплине Технология конструкционных материалов), страница 43

Технологические особенности получения сварныхсоединений из основных конструкционных материаловСварка углеродистых и легированных сталей. Низкоуглеродистые (менее 0,3 % С) и некоторые низколегированные стали обладают хорошей свариваемостью и соединяются большинством видов сварки без особых трудностей.Углеродистые и легированные стали с содержанием углерода0,3 % и более (сталь 45, 30ХГСА, 40ХНМА и др.), как правило,претерпевают закалку в з.т.в.

Поэтому для сварных соединенийэтих сталей характерна склонность к образованию в этой зонехолодных трещин, которые появляются при насыщении металлаводородом.248абРис. 24.2. Вид трещин сварных соединений:а – горячих; б – холодных: 1 – столбчатые кристаллы; 2 – расположениежидких прослоек при завершении кристаллизации шва; 3 – трещиныДля обеспечения хорошей свариваемости этих сталей при дуговой сварке рекомендуют предварительный, сопутствующий и последующий прогрев заготовок до температуры 100…300 ºС, а такжепрокалку флюсов, электродов и осушение защитных газов. Контактную сварку этих сталей выполняют на режимах, обеспечивающих подогрев заготовок и замедленное охлаждение после сварки.Сварка высоколегированных коррозионно-стойких сталей.

Присварке этих сталей на режимах, обусловливающих продолжительное пребывание металла в области температур 500…800 ºС, возможна потеря коррозионной стойкости металлов шва и з.т.в.При дуговой сварке для предупреждения межкристаллитнойкоррозии соединений рекомендуется выполнять технологическийпроцесс с использованием минимально необходимой погоннойэнергии (тепловой энергии, затрачиваемой на образование единицы длины шва) и с применением теплоотводящих подкладок,уменьшающих время пребывания металла при высоких температурах.

Кроме того, последующая закалка сварных заготовок обеспечивает растворение образовавшихся в процессе сварки карбидовхрома и фиксирует чисто аустенитную структуру.При дуговой сварке аустенитных сталей возможно образованиев швах горячих трещин. Образованию трещин способствуют ши249рокий интервал кристаллизации, наличие вредных примесей икрупнозернистая столбчатая макроструктура шва. Аустенитныестали хорошо свариваются контактной сваркой при повышенномдавлении.Сварка меди и ее сплавов. На свариваемость меди большоевлияние оказывают содержащиеся в ней вредные примеси (О2,Н2, Рb и др.).

Кислород, находящийся в меди в виде оксида Cu2O,является одной из причин образования горячих трещин в сварныхшвах.В расплавленной меди водород имеет высокую растворимость,которая резко снижается при кристаллизации. Водород, оставшийся в твердом металле, вступает в реакцию с оксидом меди, в результате чего выделяются водяные пары.

Последние скапливаютсяпод высоким давлением в микропустотах, что приводит к так называемой водородной хрупкости.Поскольку медь обладает высокой теплопроводностью, дуговую сварку выполняют с высокой погонной энергией и предварительным подогревом. Для предотвращения образования трещинсварку осуществляют в атмосфере аргона, гелия, азота и их смесейлибо под флюсом на основе буры (Na2В4О7).

Медные заготовкитолщиной более 50 мм соединяют электрошлаковой сваркой.Основной трудностью при сварке латуней является испарениецинка. В результате снижаются прочность и коррозионная стойкость швов. При дуговой сварке в защитных газах преимущественно применяют неплавящийся (вольфрамовый) электрод. Длясварки заготовок из бронзы применяют ту же технологию, что ипри сварке меди.Латуни и бронзы имеют более высокое удельное электросопротивление, чем медь, поэтому они достаточно хорошо свариваются контактной сваркой.

Медные заготовки контактной сваркойне соединяются.Сварка алюминия и его сплавов. Трудности сварки заготовок изэтих металлов обусловлены образованием на поверхности кромокпрочной и тугоплавкой пленки Al2О3, а также склонностью к образованию газовой пористости и горячих трещин.Термически упрочняемые сплавы системы Al – Cu – Mg (дюралюмины) обладают плохой свариваемостью. При нагреве свыше500 ºС в этих сплавах оплавляются границы зерен с образованиемэвтектических включений. В результате этого происходит охрупчивание сварного соединения в з.т.в.

и снижение прочности посравнению с основным материалом.250При изготовлении конструкций из алюминия и его сплавовнаиболее широко применяют дуговую сварку в атмосфере инертных газов. Заготовки из этих металлов также соединяют электрошлаковой и контактной сваркой. Чистый алюминий обладает хорошей свариваемостью в условиях холодной сварки.Сварка тугоплавких металлов и сплавов. Трудности при сваркетитана, циркония и молибдена связаны с тем, что они при нагревеинтенсивно поглощают кислород, водород и азот. При этом даженезначительное содержание этих газов приводит к резкому снижению пластических свойств металлов.Титан и его сплавы соединяют дуговой сваркой в атмосфереаргона высшего сорта. Для сварки заготовок из этих сплавов такжеприменяют плазменную и электронно-лучевую сварки.Цирконий весьма близок по свариваемости к титану, поэтомуего сваривают по аналогичной технологии.Молибден, ниобий и их сплавы более чувствительны к насыщению газами, чем титан, особенно кислородом.

Заготовки из этихсплавов соединяют дуговой сваркой в камерах, заполненных аргоном, или электронно-лучевой сваркой в вакууме.24.3. Общие принципы конструирования сварных заготовокПроектирование изделий выполняют с учетом обеспеченияэксплуатационных характеристик сварных конструкций и их технологичности. На стадии конструирования изделия необходимоопределить принципиальную возможность получения сварнойзаготовки. Затем устанавливают последовательность сборочносварных операций и оценивают ожидаемые сварочные деформации (коробление), точность размеров и конфигурацию сварногоизделия после механической обработки.Рациональный вид сварки выбирают с учетом конструкторскотехнологических признаков изделия, технико-экономических показателей процесса сварки и программы выпуска сварных конструкций.

Одновременно с выбором вида сварки обычно назначаюттип сварного соединения.После этого разделяют заготовки на свариваемые элементы.Место деления изделия выбирают с учетом двух обстоятельств. Содной стороны, в результате деления должны образовываться элементы (исходные заготовки), которые могут быть получены изпрофилей или технологичных отливок и поковок. С другой стороны, зона сварки должна быть удобной для осуществления выбран251ного вида сварки, доступной для сварочного инструмента и присадочного материала.Проектирование свариваемых элементов осуществляется на следующем этапе.

Если исходной заготовкой является отливка или поковка, то ее проектируют в соответствии с указаниями, приведенными в лекциях № 17, 18 и 22. В том случае, если исходная заготовка –профиль, то проектирование сводится к выбору его оптимальныхразмеров и определению разделки кромок в соответствии с выбранным типом сварного шва. При необходимости на исходных заготовках предусматривают сборочные и фиксирующие элементы, а такжеприпуски на механическую обработку после сварки.

Ввиду значительного влияния формы сварного соединения и режимов сварки напрочность изделия конструирование заготовки должно вестись одновременно с проработкой технологии ее изготовления.24.4. Технологичность сварных заготовокТехнологичность сварных заготовок обеспечивается выборомметалла, типа соединения, формы и размера свариваемых элементов, вида сварки, а также мероприятий по уменьшению сварочныхдеформаций и напряжений.Выбор металла.

При выборе марки материала для сварных заготовок необходимо учитывать не только эксплуатационные свойства, но и технологические мероприятия, обеспечивающие хорошую свариваемость.Для получения сварных соединений, равноценных по работоспособности основному металлу, при конструировании сварныхзаготовок следует по возможности выбирать хорошо свариваемыематериалы. К таким металлам относятся спокойные низкоуглеродистые стали и многие низколегированные стали, ряд сплавовцветных металлов, применение которых не ограничивается какими-либо требованиями к виду и режимам сварки.Для малогабаритных изделий возможно применение металловс пониженной свариваемостью, поскольку при их изготовлениииспользуются оптимальные с точки зрения свариваемости видысварки. Например, для изготовления сварных конструкций из тугоплавких металлов (титана, молибдена и др.) применяют электронно-лучевую сварку.Выбор типа сварного соединения.

Взаимное расположениесвариваемых элементов и форма подготовки (разделки) их кромокпод сварку определяют тип сварного соединения (табл. 24.1).252253ТипсоединенийСтыковыеАвтоматическаяпод флюсом–Ручная дуговая–Электроннолучевая–стыковая––точечнаяКонтактнаяшовная253Таблица 24.1Типы сварных соединений, применяемых при основных способах сварки плавленинем и давлением–ТавровыеНахлесточныеУгловыеПо первому признаку различают четыре основных типа сварных соединений: стыковые, тавровые, нахлесточные и угловые.Стыковые соединения элементов имеют высокую прочностьпри статических и динамических нагрузках.

Их выполняют практически всеми видами сварки плавлением и многими видами сварки давлением.Тавровые соединения широко применяют при изготовлениипространственных конструкций. Этот тип соединения выполняютвсеми видами сварки плавлением. Сварку давлением для тавровыхсоединений применяют редко.Нахлесточные соединения часто выполняют для сварки листовых заготовок. Эти соединения, полученные сваркой плавлением(ручной дуговой, электронно-лучевой), менее прочны по сравнению со стыковыми соединениями. Они неэкономичны вследствиеперерасхода основного металла, обусловленного наличием перекрытия свариваемых элементов.