Реферат на тему:
Технологія зварювання і наплавлення різнихметалів і сплавів
Зміст
1. Зварювання сталей
2.Зварювання чавуну
3.Зварювання кольорових металів
4. Наплавлення швидкоспрацьовуванихповерхонь
Використаналітература
1. Зварювання сталей
Сталі, які містять вуглецю до 0,27%, добре зварюються всіма способами.Сталі з підвищеним вмістом вуглецю в більшості випадків зварюються з попереднімпідігрівом, а іноді з наступною термічною обробкою — нормалізацією або відпалюванням.
Сталі, що містять легуючих елементів в сумі до 5%, належать донизьколегованих. За призначенням вони поділяються на три групи: низьколеговані маловуглецеві,низьколеговані середиьовуглецеві і низьколеговані жароміцні.
Низьколеговані маловуглецеві сталі містять вуглецю до 0,22%. їхлегують хромом, марганцем, кремнієм, нікелем, міддю, титаном і використовують якбудівні сталі в суднобудуванні, транспортному машинобудуванні і т. д.
До низьколегованих середньовуглецевих відносяться сталі, які містятьвуглецю від 0,20 до 0,40%. Найбільш широко використовують хромокремнемарганцевісталі марок 20ХГС, 25ХГСА, ЗОХГСА, що мають підвищену міцність і пружність.
До низьколегованих жароміцних належать сталі, які легуються восновному хромом, молібденом, ванадієм і вольфрамом. Використовують їх при виготовленніпароенергетичних установок, які працюють при температурах до 500° С і більше.
Низьколеговані сталі зварюють різними способами. Однак, на відмінувід звичайних маловуглецевих сталей, вони, подібно до сталей з підвищеним вмістомвуглецю, мають підвищений нахил до загартування і утворення загартувальних тріщинв зоні термічного впливу.
Тому більшість низьколегованих сталей при товщині понад 10 ммзварюють з попереднім підігрівом до температури від 150 до 350° С, а після зварюванняпіддають термічній обробці — нормалізації чи високотемпературному відпусканню.
Для виготовлення електродів, що застосовуються для зварюванняцих сталей, використовують низьколегований зварювальний дріт. Електродні покриття,як правило, мають фтористо-кальцієву шлакову основу.
Хромисті нержавіючі сталі з вмістом хрому від 12 до 18% при наявностівуглецю вище 0,1 % мають різко виражений нахил до загартування на повітрі. Томузварювання цих сталей, щоб уникнути появлення в зварюваних швах і в навколошовнихзонах структури мартенситу, виконують з обов’язковим підігрівом до 200—250° С інаступним відпалом або високотемпературним відпусканням. У практиці широко застосовуютьдугове зварювання хромистих сталей електродами з хромонікелевого дроту або дротутого ж складу, що й основний метал, з покриттям типу УОНІ-13.
Хромисті сталі, які містять хрому більше 25%, наприклад марокХ25, Х28, належать до феритного класу. Вони мають високу кислотостійкість і окалиностійкістьпри нагріванні до температури 1000— 1100°і є незагартовними.
При зварюванні феритних хромистих сталей в металі шва утворюєтьсякрупнозерниста структура з низькими механічними властивостями. В навколошовній зонітакож відбувається інтенсивний ріст зерна, що властиве однофазним сталям, які незазнають фазових змін з зміною температури.
Структура і механічні властивості швів на цих сталях трохи поліпшуються,якщо в електродні покриття ввести титан, алюміній і інші елементи, які сприяютьздрібненню зерна. Застосовують також проковування зварних швів. Сталі марок Х25і Х28 зварюють електродами, металевий стержень яких має такий самий склад, що йосновний метал.
Хромонікелеві аустенітні сталі мають високу корозійну стійкістьі широко використовуються для виготовлення хімічної і нафтової апаратури, особливосталь марки Х18Н9, що має 18—20% хрому і 8—11% нікелю. Ці сталі зварюються всімаспособами і значно краще хромистих.
Основними труднощами при зварюванні хромонікелевих сталей є утворенняпри температурах 500—700° С карбідів хрому і випадання їх по границях зерен, щозначно погіршує антикорозійні властивості зварних з’єднань. Щоб перешкодити цьомуявищу, зварювання хромонікелевих сталей ведуть при мінімальному розігріві і великихшвидкостях охолодження. Для повного відновлення аустенітної структури після зварюваннярекомендується вироби піддавати загартуванню від температур 1050—1100° С з наступнимшвидким охолодженням У воді.
Ручне дугове зварювання виконують на малих струмах аустенітнимихромонікелевими електродами малого діаметра, що мають покриття типу УОНІ-13.
Газове зварювання здійснюють з застосуванням флюсів з бури, борноїкислоти і плавикового шпату, а при автоматичному дуговому і електрошлаковому зварюваннівикористовують спеціальні марки флюсів.
Зварювальний дріт у всіх випадках застосовують того ж складу,що й основний метал, але з більш низьким вмістом вуглецю і з присадками титану,молібдену, ніобію і інших елементів.
Тонколистові вироби успішно зварюють на точкових і шовних контактнихмашинах, в середовищі вуглекислого газу, аргонодуговим способом.
2. Зварювання чавуну
Зварювання чавуну застосовується при виправленні браку в чавуннихвиливках, при ремонтних роботах, наприклад при зварюванні тріщин у блоках циліндрівдвигунів, в станинах верстатів і пресів, а також при виготовленні зварно-литих конструкційз високоміцних чавунів.
Чавун, як відомо, містить більшу кількість вуглецю (3,5—4%), кремнію(0,5—4,5%), сірки (до 0,2%) і фосфору (до 2,0%), ніж сталь, що сильно утруднює йогозварювання.
При швидкому остиганні розтопленого чавуну утворюється відбіленийчавун, який має велику твердість і крихкість. Високий вміст таких домішок, як сіркаі фосфор, ще сильніше знижує пластичність чавуну і збільшує його здатність до утвореннятріщин.
Тому основними труднощами при зварюванні чавуну є появлення зонвідбілювання і утворення тріщин як у наплавленому, так і в основному металі. Щобцього уникнути, зварювання чавуну слід вести з попереднім підігрівом і з наступнимуповільненим охолодженням. Однак такий метод зварювання дуже трудомісткий і не завждиможе бути використаний. Тому в практиці застосовуються три основних способи зварюваннячавуну: гарячий, напівгарячий і холодний.
При гарячому зварюванні цьому способі всю деталь перед зварюваннямнагрівають у горнах, печах або спеціальних тимчасових нагрівальних пристроях, опалюванихдеревним вугіллям або коксом, до температури 500—600° С.
Дефектні місця перед зварюванням вирубують зубилом до здоровогометалу. Розробку кромок провадять під кутом 90°. Щоб розплавлюваний метал не витікавпри наскрізному проплавленні або не розтікався по поверхні виробів, місця зварюванняформують графітовими або вугільними пластинками. Щілини між пластинками і виробамизабивають формовим піском, замішаним на рідкому склі. Як присаднийметал застосовуютьчавунні стержні діаметром від 5 до 15 мм, які містять від 3 до 3,5% вуглецю і від3 до 4,6% кремнію.
Гаряче зварювання чавуну найчастіше виконують ацетиленово-кисневимнормальним або з невеликим надлишком ацетилену полум’ям. Як флюс використовуютьпрожарену буру або суміш бури (50%) і соди (50%).
Після зварювання деталь повільно охолоджують разом з піччю; дляцього її засипають сухим піском або шлаком. Гаряче зварювання чавуну забезпечуєнайкращу якість зварних з’єднань без зон відбілювання і тріщин. Наплавлений металпісля зварювання легко піддається механічній обробці. Проте, будучи складним і доситьтрудомістким процесом, гаряче зварювання чавуну застосовується головним чином длянайбільш відповідальних деталей або деталей, що мають складну форму (блоки циліндрів,станини деяких пресів та Ін.).
При напівгарячому зварюванні провадиться тільки часткове нагріваннядеталі (переважно в місцях зварювання) до температури 250—450° С. Такий метод застосовуєтьсяпри зварюванні деталей невеликої товщини і при невеликому об’ємі наплавленого металу.Зварювання ведеться ацетиленово-кисневим полум’ям і рідше — електродуговим способомвугільними електродами.
Зварені деталі, так само як і при гарячому способі, для повільногоостигання засипають сухим піском або шлаком.
При холодному зварюванні. чавунні деталі зварюють за методом Слов’яновабез підігріву. Існують такі його різновидності.
Зварювання електродами із маловуглецевої сталі. Його застосовують при ремонтіневідповідальних деталей, а також деталей, які після зварювання не потребують механічноїобробки. Маловідповідальні деталі зварюють електродами з крейдяним покриттям.
Ремонт більш складних і більш відповідальних деталей (станин ірам потужних дизелів, циліндрів газоповітродувних машин, станин верстатів, корпусівелектродвигунів великої потужності та ін.) провадять електродами з якісними покриттями,наприклад типу УОНІ-13, і з постановкою на різьбі по кромках деталей стальних шпильок.
Зварювання електродами із монель-металу. Монель-метал являє собою мідно-нікелевийсплав, що містить близько 70% нікелю і близько 30% міді. Зварювання монель-металомв більшості випадків застосовують тоді, коли потрібно одержати м’який метал шва,що легко піддається механічній обробці. До недоліків цього способу слід віднестинедостатню механічну міцність зварного з’єднання і високу вартість електродів.
Зварювання мідними і.мідно-залізними електродами. При зварюванні такими електродами,як і електродами із.монель-металу, забезпечується невелике нагрівання основногометалу і утворення незначної зони відбілювання. Це дає можливість провадити механічнуобробку порівняно в’язкого і не дуже твердого металу шва. Мідно-залізні електродивиготовляють електролітичним нанесенням міді на залізні стержні або обгортанняммідних стержнів смужкою з чорної або білої жерсті. На електроди наносять крейдянепокриття. Застосовують такожпучки електродів, що складаються з одного чи двох стальнихелектродів з якісним покриттям і одного мідного стержня.
Зварювання залізо-нікелевими електродами. При зварюванні залі-зо-нікелевимиелектродами у шві утворюється сплав заліза з нікелем, що має до 50% нікелю. Такіелектроди використовують при холодному зварюванні складних виливків з високоміцногочавуну, що вимагає після зварювання механічної обробки.
3. Зварювання кольорових металів
Мідь відрізняється від сталі тим, що має високу теплопровідність,яка майже в 6 раз перевищує теплопровідність сталі, інтенсивно поглинає і розчиняєрізні гази, утворюючи з киснем закис Си20 і окис СиО міді. Закис міді з міддю створюєевтектику, температура плавлення якої (1064° С) нижче температури плавлення міді(1083° С). При затвердненні рідкої міді ця евтектика розташовується по границяхзерен, робить мідь крихкою і схильною до утворення тріщин. Тому основним завданнямпри зварюванні міді є захист її від окислення і активне розкислення зварювальноїванни.
Найбільш поширене газове зварювання міді ацетиленово-кисневимполум’ям за допомогою пальників в 1,5—2 рази потужніших, ніж при зварюванні сталей.Присадним металом служать мідні прутки, що містять як розкислювачі до 0,25% фосфоруі до 1,25% кремнію, а також фосфориста бронза, до складу якої входить 0,25% фосфоруі 1,5—10% олова.
При товщині виробів більше 5—6 мм їх попередньо підігрівають дотемператури 250—300° С. Флюсами при зварюванні служать прожарена бура або суміш,що складається з 70% бури і 30% борної кислоти.
Для підвищення механічних властивостей і поліпшення структуринаплавленого металу мідь після зварювання проковують при температурі близько 200—300°С. Проковану мідь знову нагрівають до 500— 550° С і охолоджують у воді.
Мідь можна зварювати також електродуговим способом вугільнимиабо металевими електродами, в струмені захисних газів під шаром флюсу на конденсаторнихмашинах, способом тертя.
Латунь, так само як і мідь, в більшості випадків зварюють ацетиленово-кисневимполум’ям. Газове зварювання латуні ведуть окислювальним полум’ям, при якому на поверхніванни з’являється плівка тугоплавкого окису цинку, що зменшує дальше вигоряння івипаровування цинку. Як присадний метал застосовують латунний дріт з присадкою до0,5% кремнію. Флюси використовують ті ж самі, що і при зварюванні міді.
При нагріванні бронзи вище температури 500° С вона втрачає в’язкістьі стає крихкою. Для запобігання з’явленню тріщин під час зварювання застосовуютьпопередній підігрів до 300—450° С.
Всі сорти бронзи мають цілком задовільну зварюваність. Бронзи,що містять олово, найчастіше зварюють ацетилено-кисневим полум’ямз застосуваннямтих же флюсів, що й при зварюванні міді. Присадним металом служить фосфориста бронзаабо латунь. Алюмінієві або алюмінієво-залізисті бронзи краще зварюються електродуговимспособом вугільними або металевими електродами. Як присадний метал в цьому випадкузастосовують прутки такого ж складу, що й основний метал, а як флюси або електродніпокриття — хлористі і фтористі сполуки калію і натрію.
Основними факторами, що утруднюють зварювання алюмінію, є низькатемпература його плавлення (658° С), велика теплопровідність (яка приблизно в трирази перевищує теплопровідність сталі), утворення тугоплавких окислів алюмінію А1203,що мають температуру плавлення 2050° С і щільність (3,9 • 103 кГ/м3), яка значноперевищує щільність алюмінію (2,7 • 103 кГІм8). Крім того, ці окисли слабо реагуютьяк з кислими, так і з основними флюсами і тому погано видаляються із шва.
Найбільш широко використовують газове зварювання алюмінію ацетиленово-кисневимполум’ям. За останні роки значного поширення набуло також автоматичне дугове зварюванняметалевими електродами під флюсом і в середовищі аргону. При всіх способах зварювання,за винятком аргонодугового, застосовують флюси або покриті електроди, до складуяких входять хлористі і фтористі сполуки літію, калію, натрію і інших елементів.Під впливом флюсів А1203 переходить в летючий АІСІд, що має низьку щільність (2,4• 103 кГ/м3) і самосубліма-ційний при температурі 183 С. Як присадний метал привсіх способах зварювання використовують дріт або стержні того ж складу, що й основнийметал.
До сплавів алюмінію, які широко застосовуються в техніці, належатьалюмінієво-марганцевисті, алюмінієво-магнієві, алюмінієво-мідні і алюмінієво-кремнисті.Перші два сплави мають хорошу зварюваність і їх зварюють аналогічно алюмінію. Гіршезварюються два інших сплави —дуралюміній і силумін, які звичайно зварюють ацетиленово-кисневимполум’ям.
Із магнієвих сплавів для зварних конструкцій використовують переважномагнієво-марганцевисті, які краще інших зварюються за допомогою контактного, газовогоі аргонодугового зварювання. При газовому зварюванні обов’язково застосовують фторидніфлюси, які на відміну від хлоридних не викликають корозії зварних з’єднань. Дуговезварювання магнієвих сплавів металевими електродами через низьку якість зварнихшвів до цього часу не застосовується.
При зварюванні магнієвих сплавів спостерігається великий рістзерна у навколошовних ділянках і сильний розвиток стовпчастих кристалів у зварномушві. Тому границя міцності зварних з’єднань становить 55—60% границі міцності основногометалу.
Нікель і деякі його сплави зварюють вольфрамовим електродом варгоні, дуговим зварюванням покритими електродами і під флюсом. Зварювання в аргонівиконують на постійному струмі при прямій полярності. При ручному, як і при автоматичномузварюванніпід флюсом, як присадний метал використовують дріт того ж складу, що й основнийметал. На електродні стержні наносять покриття типу УОНІ-13/45; автоматичне зварюванняздійснюється під фторидними флюсами.
Титан зварюють вольфрамовими електродами в середовищі інертнихгазів і плавкими металевими електродами під фторидними і хлоридними флюсами, якіне містять кисневих сполук. Зварювання в середовищі інертних газів ведуть на постійномуструмі прямої полярності, а зварювання під флюсом — на постійному струмі зворотноїполярності.
Газове зварювання для титану і його сплавів не застосовується.
Свинець зварюють ацетиленово-кисневим і воднево-кисневим полум’ям.Зварювання виконують в нижньому положенні з застосуванням присадного металу абобез нього.
При виготовленні конструкцій з цирконію, танталу і ніобію найбільшпоширене зварювання в аргоні і гелії вольфрамовими і плавкими електродами, а такожелектронним променем у вакуумі.
Молібден зварюють як електронним променем у вакуумі, так і вольфрамовимиелектродами в камерах з контрольованою атмосферою. Як контрольовану атмосферу використовуютьзахисні інертні гази — аргон або гелій, якими заповнюються вакуумні камери.
5. Наплавлення швидкоспрацьовуваних поверхонь
Тверді наплавки застосовують при виготовленні нових і відновленніспрацьованих деталей, які піддаються швидкому спрацьовуванню. Для їх одержання використовуютьтверді сплави, порошкові або зерноподібні суміші, спеціальні наплавні електроди,порошкові дроти або стрічки, чавунну суцільну стрічку і легуючі флюси.
До литих твердих сплавів належать пруткові сплави, що виготовляютьсяна вольфрамохромокобальтовій основі типу ВКЗ, а також на хромо-залізонікелевій основітипу сормайт. Цими сплавами провадиться наплавлення за способом Слов’янова або ацетиленово-кисневимполум’ям деталей машин, які працюють на стирання, штампів для гарячого і холодногоштампування, ущільнюючих поверхонь пароводяної арматури, що працює при високих параметрахпари і т. д. Твердість (НRС 40— 60) наплавокдосягається за рахунок введення вольфраму, хрому, вуглецю, марганцю і інших елементів,що входять до складу цих сплавів. До порошкових або зернистих сумішей належать сталініті вокар. Сталініт являє собою суміш, що складається з ферохрому, феромарганцю, чавунноїстружки і нафтового коксу. До складу вокару входить вуглець, кремній, вольфрам ізалізо. Більш широке застосування має сталініт, яким за допомогою вугільної дугинаплавляють зуби екска-ваторів, ножі бульдозерів, щоки каменедробарок та ін. Принаплавленні сталінітом твердість наплавок досягає НRС 60 і вище.
Для одержання наплавок, що мають твердість НRС 25—67, у промисловості застосовують значнечисло різних марок електродів. Так, наприклад, для наплавлення залізничних рейковихкінців і хрестовин та автотракторних деталей, середня твердість яких повинна бутиНRС 25—40, використовують електроди, якимилегують метал наплавок хромом і марганцем або одним марганцем, що міститься в електродномупокритті. При наплавленні деталей дробильно-розмельного устаткування, землерийнихі буді-вельношляхових машин застосовують електроди, які забезпечують одержання наплавоквисокої твердості (НRС 58—64). Це досягається за рахунокхрому, вуглецю і бору, що переходять у наплавлений метал з електродних покриттів.
При виготовленні наплавленого різального інструменту з матеріалутипу швидкорізальної сталі Р18, який має твердість близько HRС 62—67, наплавлений метал легують вольфрамом,хромом, ванадієм і іншими елементами, що входять в електродні стержні чи електродніпокриття.
При виготовленні зубців ковшів екскаваторів, траків гусеничнихтракторів, щок каменедробарок і інших деталей, які швидко спрцьовуються, доситьчасто використовують високомарганцевисту литу сталь, що містить 11—16% марганцюі 0,8—1,4% вуглецю. Вироби з цієї сталі після сильного спрацьовування піддаютьсявідновлюваль-ному наплавленню електродуговим способом. У більшості випадків застосовуютьнаплавлення ручним способом за допомогою електродів, які забезпечують одержаннявисокомарганцевистих або хромонікелевих аустенітних наплавок невисокої твердості(порядку НВ 180— 280), але великої в’язкості і високої зносостійкості. Для одержанняаустенітної структури метал наплавок при яскраво-червоному гартуванні рекомендуєтьсяохолоджувати водою або струменем стисненого повітря.
При автоматичному дуговому наплавленні під флюсом для одержаннятвердих наплавок різного складу і властивостей застосовують порошкові дроти і стрічки,легуючі флюси, чавунну стрічку. Порошкові дроти і стрічки виготовляють порожнистимина спеціальних протяжних верстатах із стальних стрічок холодного прокату. Для цієїмети використовують стрічки товщиною від 0,2 до 1 мм і шириною від 8 до 100 мм.В порожнинну частину дроту і стрічки в процесі їх виготовлення запресовують порошковулегуючу шихту, яка складається із суміші різних феросплавів і вуглецю.
Автоматичне наплавленняпід флюсом широко застосовують для наплавки валів прокатних станів, великого різальногоінструменту, штампів холодного і гарячого штампування і т. д.
Використана література
1. В.В. Фролов. Теория сварочных процессов.М., «Высшая школа» 1988 г. 559 с
2. Г.А. Николаев. Сварка в машиностроении.Справочник. Том 1. «Машиностроение», 1978 г. 495 с.
3. Г. А. Николаев и др. Сварные конструкции.Технология изготовления. Автоматизация производства и проектирования сварных конструкций.М., Высшая школа 1983 г., 344 с