Сваркой называется процесс получения не-разъемных соединений посредством установле-ния межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или со-вместным действием того и другого.

Определение сварки относится к металлам и неметаллическим материалам (пластмассы, стекло, резина и т. д.).

Свойства материала определяются его внут-ренним строением -- структурой атомов. Все металлы в твердом состоянии являются телами с кристаллической структурой. Аморфные тела (стекло и др.) имеют хаотическое расположение атомов. Для соединения свариваемых частей в одно целое нужно их элементарные частицы (ионы, атомы) сблизить настолько, чтобы меж-ду ними начали действовать межатомные связи, что достигается местным или общим нагре-вом или пластическим деформированием или тем и другим.

В зависимости от условий, при которых осу-ществляется сваривание (образование межатом-ных связей) частиц металла, различают свар-ку плавлением и сварку давле-нием.

Сущность сварки плавлением (рисунок 1) со-стоит в том, что металл по кромкам сваривае-мых деталей 1 и 2 подвергается плавлению от нагрева сильным концентрированным источни-ком тепла: электрической дугой, газовым пла-менем, химической реакцией, расплавленным шлаком, энергией электронного луча, плазмой, энергией лазерного луча. Во всех этих случаях образующийся от нагрева жидкий металл од-ной кромки самопроизвольно соединяется с жидким металлом другой кромки. Создается общий объем жидкого металла, который назы-вается сварочной ванной. После за-стывания металла сварочной ванны получается металл шва 4. Металл шва может образоваться только за счет переплавления металла по кром-кам 3 или дополнительного присадочного ме-талла, введенного в сварочную ванну.

а - детали перед сваркой; б - детали после сварки

Рисунок 1 - Схема соединения деталей сваркой плавлением

Зона частично оплавившихся зерен металла на границе кромки свариваемой детали и шва называется зоной плавления; в этой зоне дости-гается межатомная связь. При этом металл шва тесно соприкасается с металлом сваривае-мых частей, а загрязнения, находившиеся на по-верхностях свариваемых частей, всплывают на-ружу, образуя шлак.

Сущность сварки давлением состоит в пластическом деформировании металла в ме-сте соединения под действием силы Р. Находя-щиеся на соединяемых поверхностях различные загрязнения вытесняются наружу, а поверхно-сти свариваемых частей будут чистыми, ровны-ми и сближенными по всему сечению на расстоя-ние атомного сцепления. Зона, в которой уста-новилась межатомная связь, называется зоной соединения. Ширина зоны соединения измеря-ется десятками микрон.

Пластическую деформацию кромок деталей осуществить легче, если нагревать место со-единения. Источником тепла (при сварке с мест-ным нагревом) служит электрический ток, газо-вое пламя, химическая реакция, механическое трение; при сварке с общим нагревом -- куз-нечный горн, нагревательная печь.

Процесс сварки делят на три класса (ГОСТ 19521--74): термический, термомехани-ческий и механический. Термический класс объ-единяет виды сварки, осуществляемые плавле-нием металла. Термомеханический класс вклю-чает виды сварки, осуществляемые давлением с использованием тепловой энергии. К меха-ническому классу относятся виды сварки, вы-полняемые давлением с дополнительной меха-нической энергией.

Сварка по виду применяемой энергии под-разделяется на следующие основные виды:

давлением с общим нагревом: кузнечная, прокаткой, выдавливанием;

давлением с местным нагревом: контактная, индукционно-прессовая, термитно-прессовая, газопрессовая, диффузионная, дуто-прессовая;

давлением без нагрева металла внешним ис-точником тепла; ультразвуковая, холодная, тре-нием, взрывом, магнитноимпульсная;

плавлением: дуговая, газовая, термитная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазер-ным лучом, плазменная.

Сварка латуни

Латунь представляет собой сплав меди с цинком; температура плавления латуни 800--1000 °С.

При дуговой сварке из латуни интенсивно испаряется цинк; расплавленный металл поглощает водород, который не успевает выде-литься при затвердевании жидкого металла в сварочной ванне, в результате чего в шве обра-зуются газовые поры. Водород попадает в сва-рочную ванну из покрытия, флюса или воздуха.

Сварка латуней покрытыми электродами находит ограниченное применение, в основном для исправления брака литья. Это объясняется сильным испарением цинка при дуговой сварке по сравнению с газовой сваркой, дуговой под флюсом или дуговой в защитном газе.

Для дуговой сварки латуни применяют электроды с покрытием ЗТ, разработан-ные Балтийским заводом в Ленинграде. Состав электрода следующий: стержень из кремнемарганцовистой бронзы Бр. КМц 3-1, содержащей 3 % кремния и 1 % марганца; покрытие из 17,5 % марганцовой руды, 13 % плавикового шпата, 16 % серебристого графита, 32 % ферросилиция 75 %-ного, 2,5 % алюминия в порошке. Сварка ведется постоянным током при обратной по-лярности короткой дугой с целью снижения выгорания цинка. От вытекания металла стык защищают прокаленной асбестовой подклад-кой с обратной стороны стыка. При толщине листов до 4 мм сварку ведут без разделки кро-мок. При толщине листов более 4 мм разделка кромок такая же, как и для стали. После сварки шов проковывают, а затем отжигают при 600--650°С для выравнивания химического со-става и придания металлу мелкозернистой струк-туры.

Сварку латуни можно выполнять угольным электродом на постоянном токе при прямой полярности с применением флюсов.

При сварке латуни угольным электродом используют флюсы. Наибольшее распростра-нение получил флюс БЛ-3 состава: 35 % криоли-та, 12,5 % хлористого натрия, 50 % хлористого калия, 2,5 % древесного угля.

Режимы сварки латуни угольным электродом представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Режимы сварки латуни угольным электродом

Толщина металла,

мм

Диаметр угольного

электрода, мм

Диаметр присадочного стержня, мм

Сварочный ток,

14-16

180-200

240-270

400-450

450-550

Латунь толщиной до 10 мм сваривают без подогрева, более 10 мм -- с подогревом до 300--350°С.

Газовая сварка латуней обеспечи-вает лучшее качество сварных соединений, чем дуговая покрытыми электродами. Для уменьшения испарения цинка сварку латуни ведут окислительным пламенем; при этом на поверх-ности сварочной ванны образуется жидкая пленка окиси цинка, препятствующая его испа-рению. Избыточный кислород окисляет часть водорода пламени и поглощение жидким ме-таллом водорода уменьшается.

Газовую сварку широко используют для сварки латуни, которая труднее поддается сварке электрической дугой. Основное затруднение при сварке состоит в значительном испарении из латуни цинка, которое начинается при 900С. Если латунь перегреть, то вследствие испарения цинка, шов получится пористым. При газовой сварке может испаряется до 25% содержащегося в латуни цинка.

Для уменьшения испарения цинка сварку латуни ведут пламени с избытком кислорода до 30-40%.

Для удаления окислов меди и цинка при газовой сварке пользуются флюсами того же состава, что и при дуговой сварке меди угольным электродом.

Для уменьшения испарения цинка и погло-щения сварочной ванной водорода конец ядра пламени должен находиться от свариваемого металла на расстоянии в 2--3 раза большем, чем при сварке стали.

Для газовой сварки латуней ВНИИавтогенмаш разработал присадочную проволоку марки ЛК 62-0,5 (ГОСТ 16130--72), содержащую 60,5-- 63,5 % меди, 0,3--0,7 % кремния, остальное -- цинк. В качестве флюса при сварке этой приса-дочной проволокой применяют прокаленную буру.

ВНИИавтогенмаш для сварки латуней раз-работал самофлюсующую присадочную про-волоку ЛКБ062-02-004-05 (ГОСТ 16130--72), содержащую 60,5--63,5'/, меди, 0,1--0,3 % крем-ния, 0,03--0,1 % бора, 0,3--0,7 % олова, осталь-ное -- цинк. Бор, входящий в состав проволоки, выполняет функции флюса. Применение дру-гого флюса при сварке этой проволокой не тре-буется.

Хорошее качество газовой сварки латуней достигается применением флюса БМ-1 (раз-работан ВНИИавтогенмаш), состоящего из 25 % метилового спирта и 75 % метилбората, или флюса БМ-2, состоящего из одного метилбора-та. Эти флюсы вводятся в сварочную ванну в виде паров. Ацетилен пропускается через жид-кий флюс, находящийся в особом сосуде (флюсопитателе), насыщается парами флюса и пода-ется в горелку. В пламени флюс сгорает по реак-ции

2В(СН30)3-1-902 = В2Оз + 6С02 + 9Н20.

Борный ангидрид В20, является флюсующим веществом. Применение флюса БМ-1 повышает производительность сварки, дает металл шва с высокими механическими свойствами и обеспечивает почти полную безвредность процесса для сварщика.

Используемая литература:

1 Рыбаков В. М. Сварка и резка металлов: Учебник для сред. проф.-тех училищ .- 2-е изд., испр. - М.: Высш. школа, 1979, - 217 с., ил.

2 Сварка и резка металлов: Учеб. пособие для нач. проф. образования / М. Д. Баннов, Ю. В. Казакова. - 3-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия»,

2003. - 400 с.

3 Глизманенко Д.А. Газовая сварка и резка металлов.-М.: Высш. школа, 1969.-304с.