Цветные металлы. Особенности и технологии их обработки
Цветные металлы сейчас очень широко используются в быту, а также в различных отраслях промышленности. Постоянно растут объемы их применения, однако данные материалы не просто обрабатывать и плавить. Сварка цветных металлов и их сплавов требует особых методов и технологий, защищающих поверхности от избыточного нагрева и негативного влияния веществ окружающей среды.
При выполнении работ следует обращать внимание на качество обработки сварного шва, поскольку оксидная пленка и шлаки повышают риск возникновения коррозии в будущем. Выбирая способ сварки и сопутствующее оборудование, необходимо также учитывать ряд отличий, характерных для каждого металла.
Содержание
- Отличительные особенности
- Сварка алюминия
- Обработка титана и его сплавов
- Технология сварки меди
- Никель и особенности его обработки
- Работы с магнием
- Сочетания разнородных металлов
Отличительные особенности
Медь, алюминий и магний очень быстро остывают, по этой причине для выполнения сварки необходим источник энергии повышенной мощности, а также дополнительный прогрев изделий. У сплавов различные компоненты могут иметь разную температуру плавления, вследствие чего появляется опасность испарения более легких веществ. Этого можно избежать, если сварка проводится быстро.
Цветные металлы отличаются высоким сродством к кислороду, часть из них даже используется в качестве раскислителей. Образовавшиеся в результате плавки окислы являются более тугоплавкими соединениями, они засоряют сварочный шов, а при уменьшении температуры плавления на обработанной поверхности могут появляться трещины. Это негативно сказывается на механических свойствах соединения, поэтому сварка цветных металлов, часто проводится под слоем флюса, который снижает влияние кислорода воздуха.
Хрупкость и непрочность ряда сплавов приводит к тому, что они начинают разрушаться при легком ударе или даже без какого-либо внешнего воздействия, а тяжелые металлы иногда проваливают собственным весом сварочные ванны. Проводя работы с ними, следует действовать очень аккуратно.
к меню ↑Сварка алюминия
Для сварки алюминия и его сплавов используют угольные электроды, если толщина образца не превышает 20 мм. Пристальное внимание следует уделять технике выполнения шва — угол между присадочной проволокой и электродом должен составлять около 90°, а подачу присадки необходимо делать быстрыми возвратно-поступательными движениями. Работы проводят справа налево, это помогает избежать перегрева металла. Такой же метод обработки применяют для заварки дефектов, причем для изделий менее 2 мм в разрезе проволока не нужна.
Дуговая сварка проводится в среде защитных инертных газов и подразумевает использование плавящихся или неплавящихся электродов. Работы проводятся под постоянным током обратной полярности. Если поперечный размер листа составляет не более 6-8 мм, его предварительно разогревают до 200°С, при 8-16 мм — до 400°С. Производительность процесса повышается, если применяется трехфазная дуга.
Сварка алюминия аргоном осуществляется только с газом первого или высшего сорта, при этом материалом электрода служит вольфрам. Разделение кромок проводят при толщине металла более 4 мм. Силу тока устанавливают амперах в 50 раз больше, чем толщина листа (менее 4 мм) и в 35-40 раз больше (более 4 мм).
к меню ↑Обработка титана и его сплавов
Главные особенности титана и его сплавов — высокое сродство с кислородом и появление трещин при остывании металла до 100°С. На пластичности этого материала влияет не только присутствие кислорода воздуха, но и азота. Для получения качественного сварного шва работы проводятся в герметичных камерах, причем только с аргоном высшего сорта. При этом используют постоянный ток прямой полярности.
Технология сварки меди
Для обработки меди и медных сплавов обычно применяют дуговую, газовую или электронно-лучевую сварку. При ручной сварке изделий небольшой толщины (не более 2 мм) используются постоянные токи обратной полярности. В качестве инертного газа можно выбирать аргон или гелий, причем только высшего качества. Иногда используют азот особой чистоты, а также его смеси с гелием и аргоном. Азот в этом отношении считается более эффективным, поскольку тепловой КПД дуги будет выше, однако ниже ее устойчивость горения.
Роль присадочного материала может выполнять проволока из меди и сплавов, близких по своему составу к основному металлу, но с повышенным содержанием элементов, которые являются раскислителями. Работы проводят с использованием короткой дуги, ее удлинение может ухудшить образование шва и увеличить разбрызгивание. Рекомендуют делать возвратно-поступательные движения электродов, избегая поперечных колебаний. Следует учитывать, что электро- и теплопроводность шва снижаются при сохранении его прочности.
к меню ↑Никель и особенности его обработки
Сварка никеля также может сопровождаться появлением пор и трещин в области шва. Для того чтобы предотвратить их образование, в металл вводятся магний или марганец. Как правило, для работ используется постоянный ток обратной полярности и металлические электроды. Если возникает необходимость в проведении аргонодуговой сварки, в состав свариваемого образца включают такие элементы как ниобий, кремний и алюминий.
к меню ↑Работы с магнием
Сварка магния и его сплавов проводится с аргоном или гелием, при этом используют переменный ток, который разрушает оксидную пленку благодаря катодному распылению в периоды обратной полярности. Защитный инертный газ снижает негативное влияние окружающей атмосферы. Работы проводят с полным плавлением кромок, используя прокладки из металлов с небольшой теплопроводностью. При обработке изделий толщиной более 10 мм целесообразнее выбирать трехфазную сварку.
к меню ↑Сочетания разнородных металлов
Такие сочетания материалов, как алюминий и нержавеющая сталь, медь и алюминий, титан и нержавеющая сталь, характеризуются ограниченной взаимной растворимостью и образованием в зоне их контакта хрупких соединений. Сварка разнородных металлов часто сопровождается диффузными процессами, снижающими качество шва. В некоторых случаях различные материалы сваривают плавлением, используя промежуточный металл, который также является барьерным слоем.
Для создания ряда конструкций применяют формирование сварного шва методом его оплавления импульсным электронным лучом, а также используют концентрированные источники тепловой энергии. В процессе сварки давлением происходит пластическая деформация изделий в зоне контакта. Необходимо следить за тем, чтобы образование соединения завершалось схватыванием контактных поверхностей. Это происходит при малой длительности сварки или при невысокой температуре, когда диффузные процессы прекращаются.
Сварка черных металлов c нержавеющей сталью проводится в аргоновой среде. Инертный газ помогает избежать окисления и азотирования, в противном случае зона контакта разнородных материалов становится ненадежной и хрупкой, по этой причине сварной шов может разрушаться. Работы с аргоном можно проводить даже при очень высокой температуре, он не участвует в химических реакциях и хорошо вытесняет воздух. Его применяют не только для ручной сварки, но и для автоматической и полуавтоматической. Вольфрамовый электрод размещают под углом около 90° относительно рабочей поверхности, что позволяет получить наиболее качественный шов.
Похожие статьи
