Сварка деталей разной толщины

По одному из способов делают проточку в более толстой детали, создавая равную толщину свариваемых элементов. Недостаток состоит в том, что трудно направить и удержать горелку над тонким слоем металла.

По другому способу устанавливают ободок со стороны тонкого металла. Сварку вести удобно, но ободок остается приваренным, что портит внешний вид детали.

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к способу лазерной сварки сильфонных и мембранных узлов. Изобретение может быть использовано в электронной, радиотехнической, приборостроительной и других отраслях промышленности.

Предшествующий уровень техники

Известен способ дуговой сварки деталей различных толщин из патента РФ №1127721, опубл. 07.12.1984, B23K 9/16, B23K 9/02, авторы Карпов А.Г., Оганджанян Ю.Г. Способ заключается в том, что на более толстой детали выполняют наклонный бурт, устанавливают под этот бурт более тонкую деталь и производят соединение деталей путем оплавления бурта, бурт завальцовывают на более тонкую деталь и оплавляют завальцованный участок.

Недостатком данного способа является высокая вероятность перегрева и прожога тонкой детали. При посадке цилиндрической части тонкостенной оболочки на более толстую деталь неизбежен зазор между сопрягаемыми поверхностями. При завальцовке бурта этот зазор будет уменьшаться с одной стороны посадочной части оболочки и увеличиваться с другой. Это создаст неодинаковые условия для теплоотвода от тонкой кромки на различных ее участках, что увеличит вероятность прожога тонкой кромки.

Известен способ сборки под сварку плавлением разнотолщинн 31/0 ых деталей в патенте РФ №1704991, опубл. 15.01.1992, B23K 0, B23K 33/00, авторы Казаков Ю.В., Корчагин П.В. По этому способу свариваемые кромки тонкостенной и толстостенной детали собирают внахлест, располагая сопрягаемую часть тонкостенной детали на толстостенной детали или внутри нее. Сопрягаемую часть свариваемой кромки толстостенной детали выполняют конусной с углом наклона 1-3°. Больший и меньший диаметры конуса как при внешнем, так и при внутреннем расположении тонкостенной детали определяют из предложенных соотношений так, чтобы получить соединение деталей с натягом. При внешнем расположении тонкой детали у основания конуса на толстой детали выполняют канавку, и после сборки кромку тонкостенной детали завальцовывают в канавку.

Однако при реализации этого способа опасность возникновения прожогов остается. Это связано с тем, что при повышении скорости сварки необходимо увеличивать силу сварочного тока, чтобы сохранить требуемую величину погонной энергии. При этом резко возрастает интенсивность газового потока с электрода, что увеличивает нагрев поверхности кромки тонкостенной детали. Увеличивается величина теплового расширения металла тонкой кромки, что приводит к ее местному короблению, вспучиванию, появлению зазора между деталями, тонкая кромка перегревается, образуется прожог.

В качестве прототипа способа был выбран способ сварки тонкостенных деталей с элементами арматуры из патента РФ №1428558, опубл. 07.10.1988, B23K 31/06, B23K 9/16, автор Ченцов В.И. Согласно способу кромки свариваемых деталей соединяют на одном уровне, удерживают и производят сварку.

Недостатком данного способа является отсутствие гарантированной герметичности и прочности сварного шва. Так как смещение дуги относительно привариваемой кромки может привести к нарушению стабильности формирования шва и образованию прожогов. Также отсутствие жесткой фиксации вспомогательного элемента способствует деформации конструкции, что может привести к появлению дефектов. В прототипе рассматривается способ сварки только для случая, когда диаметр тонкостенной детали меньше диаметра массивной арматуры. Данный способ не позволяет сваривать тонкостенную деталь большего диаметра с массивной арматурой меньшего диаметра.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа сварки деталей различного диаметра и разной толщины, который обеспечивает получение прочных и герметичных неразъемных соединений.

Технический результат заключается в повышении прочности сварного шва за счет реализации способа сварки с минимальным тепловложением, обеспечивающего соединение свариваемых деталей с помощью переходника.

Технический результат достигается тем, что в способе сварки деталей различного диаметра и разной толщины, при котором кромки свариваемых деталей соединяют на одном уровне, удерживают и производят сварку, согласно изобретению используют дополнительную деталь — переходник. На одном конце переходника формируют технологический бурт для соединения с тонкостенной деталью. На другом конце переходника выполняют центрирующую кольцевую проточку. Выполняют центрирующий кольцевой выступ на толстостенной детали под кольцевую проточку на конце переходника. После соединения и удержания фиксируют свариваемые детали прихватками, затем сваривают детали лазерным лучом. При этом лазерное излучение фокусируют на стык свариваемых деталей.

Совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата — минимальное необходимое тепловложение при сварке, которое снижает тепловое расширение металла тонкостенной кромки, исключает ее несплавление с толстостенной кромкой и обеспечивает минимальную деформацию при нагреве и усадке.

Формируют на одном конце переходника технологический бурт для соединения с тонкостенной деталью большего диаметра и кольцевую проточку для соединения с толстостенной деталью меньшего диаметра.

Формируют на одном конце переходника технологический бурт для соединения с тонкостенной деталью меньшего диаметра и кольцевую проточку для соединения с толстостенной деталью большего диаметра.

При сварке тонкостенной детали целесообразно применение стыкового соединения с отбортовкой кромок для обеспечения равномерного нагрева свариваемых кромок. В данном случае формирование сварного шва происходит за счет расплавления отбортованной кромки, причем ее величина такова, что позволяет получить качественный сварной шов. Изготовление технологической кольцевой проточки на конце переходника и технологического кольцевого выступа на конце толстостенной детали упрощает процесс сборки деталей и обеспечивает равномерное формирование сварного шва. Кроме того, соединение данного типа наиболее оптимально при сварке толстостенных деталей с применением концентрированных источников энергии.

На тонкостенной детали в виде сильфона подрезают поверхность, перпендикулярную оси сильфона до наружного диаметра по торцу, равного диаметру бурта переходника. Такое соединение сильфона и переходника обеспечивает равномерный нагрев свариваемых поверхностей.

Перед сборкой поверхности контакта свариваемых деталей подвергают ультразвуковой обработке в этиловом спирте. Этим доводят свариваемые поверхности до требуемой чистоты, и таким образом исключают влияние адсорбированных атомов внешней среды на качество шва. Без загрязнений качество шва улучшается.

При сборке обеспечивают плотный контакт свариваемых кромок, исключают образование воздушных полостей между кромками, наличие которых являются причиной прожога кромки тонкостенной детали. Отсутствие зазоров улучшает качество шва. Зазор в стыке более 10% от толщины тонкостенной детали не допускается.

Опытным путем было установлено, что увеличение зазора приводит к прожогу тонкостенной детали.

Перед сваркой выполняют прихватки. Прихватки выполняют лазерным лучом в точках, равноудаленных друг от друга, с энергией импульса не меньше 80% от основной энергии для сварки. Опыты показали, что использование энергии импульса от 80% до 100% основной энергии для сварки приводит к частичному оплавлению свариваемых кромок без взаимного перемешивания металла, то есть без образования сварных точек. Уменьшение энергии импульса меньше 80% не позволит оплавить металл и выполнить прихватку Прихватки выполняются с целью исключения возможных короблений и зазоров в процессе сварки. Затем выполняют сварку.

Читайте также:  Сколько сантиметров пластиковая панель

При проведении анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявлении источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. В результате поиска не выявлены технические решения с этими признаками. На этом основании можно сделать выводы о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показано соединение тонкостенной детали большего диаметра с толстостенной деталью меньшего диаметра с помощью переходника.

На фиг.2 показано соединение тонкостенной детали меньшего диаметра с толстостенной деталью большего диаметра с помощью переходника.

На фиг.3 показано соединение тонкостенной детали в виде сильфона с толстостенной деталью с помощью переходника.

Варианты осуществления изобретения

Как показано на фиг.1, для соединения тонкостенной детали 1 большего диаметра с толстостенной деталью 2 меньшего диаметра используют дополнительную деталь — переходник 3. На одном конце переходника 3 формируют технологический бурт 4 для соединения с тонкостенной деталью 1. На другом конце переходника 3 выполняют центрирующую кольцевую проточку 5. На толстостенной детали 2 выполняют центрирующий кольцевой выступ 6 под кольцевую проточку 5 переходника 3. Наружный диаметр кольцевого выступа 6 толстостенной детали 2 равен внутреннему диаметру кольцевой проточки 5 переходника 3.

На фиг.2 показано соединение тонкостенной детали 1 меньшего диаметра с толстостенной деталью 2 большего диаметра с помощью дополнительной детали — переходника 3. На торцах переходника 3 выдерживают все геометрические размеры проточки 5 и бурта 4. На толстостенной детали 2 выполняют кольцевой выступ 6 под кольцевую проточку 5 переходника 3.

На фиг.3 показано, что для соединения тонкостенной детали 1 в виде сильфона с толстостенной деталью 2 также используют дополнительную деталь — переходник 3. На тонкостенной детали 1 формируют кромку 7 путем подрезки одной из поверхностей тонкостенной детали 1 перпендикулярной оси тонкостенной детали 1 до наружного диаметра по торцу равного диаметру бурта 4 переходника 3. На торцах переходника 3 также выдерживают все геометрические размеры проточки 5 и бурта 4. На толстостенной детали 2 выполняют кольцевой выступ 6 под кольцевую проточку 5 переходника 3.

Импульсную лазерную сварку осуществляют следующим образом. Вначале выполняют сборку тонкостенной детали 1 с переходником 3 для каждого варианта конструкции. Перед сборкой поверхность контакта бурта 4 переходника 3 с кромкой 7 тонкостенной детали 1 подвергают ультразвуковой обработке в этиловом спирте. Тонкостенная деталь 1 и переходник 3 устанавливают в сборочно-сварочном приспособлении, обеспечивают плотный контакт бурта 4 переходника 3 с кромкой 7 тонкостенной детали 1, при этом зазор не превышает 10% от толщины тонкостенной детали 1. Сборочно-сварочное приспособление обеспечивает беспрепятственный доступ лазерного луча 8 и защитного газа в зону сварки. Для защиты сварного шва в процессе сварки от окисления используют инертный газ. Далее лазерный луч 8 направляют на стык бурта 4 и кромки 7 и осуществляют прихватку тонкостенной детали 1 с переходником 3 в точках, равноудаленных друг от друга, с энергией импульса не меньше 80% от основной энергии для сварки.

Сварку выполняют по стыку тонкостенной детали 1 и переходника 3. В процессе взаимодействия лазерного луча 8 с буртом 4 и кромкой 7 производят их нагрев и дальнейшее расплавление. В результате сварной шов формируют с равномерным оплавлением бурта 4 переходника 3 и кромки 7 тонкостенной детали 1.

Далее выполняют сборку толстостенной детали 2 с конструкцией из скрепленных тонкостенной детали 1 и переходника 3. Перед сборкой поверхность контакта кольцевой проточки 5 переходника 3 и кольцевого выступа 6 толстостенной детали 2 также подвергают ультразвуковой обработке в этиловом спирте. Толстостенная деталь 2 и переходник 3 вместе с приваренной к ней тонкостенной деталью 1 устанавливают в сборочно-сварочном приспособлении, обеспечивают плотный контакт проточки 5 переходника 3 с выступом 6 толстостенной детали 2. Для защиты сварного шва в процессе сварки от окисления используют инертный газ. Далее лазерный луч 8 направляют на стык кольцевой проточки 5 и кольцевого выступа 6 и осуществляют прихватку толстостенной детали 2 с переходником 3 в точках, равноудаленных друг от друга, с энергией импульса не меньше 80% от основной энергии для сварки.

Сварку выполняют по стыку толстостенной детали 2 и конструкции из тонкостенной деталей 1 и переходника 3. В процессе взаимодействия лазерного луча 8 с проточкой 5 и выступом 6 производят их нагрев и дальнейшее расплавление. В результате сварной шов формируют с равномерным оплавлением проточки 5 переходника 3 и выступа 6 толстостенной детали 2.

Таким образом, форма выполнения бурта 4 и кольцевой проточки 5 переходника 3 позволяет сваривать детали различного диаметра и разной толщины, обеспечивая при этом стабильное формирование сварных швов. В результате проведенных экспериментов было подтверждено, что при импульсной лазерной сварке тонкостенной детали 1 и толстостенной детали 2 сварные швы герметичны, не имеют наружных и внутренних дефектов. То есть обеспечивается минимальное необходимое тепловложение при сварке, которое обеспечивает минимальную деформацию при нагреве и усадке, исключает прожог тонкостенной кромки и ее несплавление с толстостенной кромкой.

Предложенный способ может быть использован в приборостроении, электронике и других отраслях промышленности для изготовления сильфонных и мембранных узлов, где предъявляются высокие требования по обеспечению герметичности сварных соединений. А также там, где в конструкции присутствует необходимость соединения деталей различного диаметра с помощью переходника и присутствуют повышенные требования к геометрии изделия и к качеству сварных швов. Предлагаемые варианты способа сварного соединения обеспечивают технический эффект, заключающийся в повышении качества сварных соединений. В целом, рассмотренные варианты способа могут быть реализованы на существующем в настоящее время оборудовании с использованием имеющихся материалов. Это доказывает работоспособность и подтверждает промышленную применимость способа.

Сварка – это сложный процесс соединения металлов через высокотемпературный нагрев. Здесь сочетаются законы электричества, теплопроводности, металлургии и химических состояний веществ. Без понимания этих законов могут возникнуть осложнения, которые приведут к разрушению сварного шва.

Чтобы снизить возможные риски, важно знать особенности сварки различных типов металлов. Это сэкономит время при сваривании и пост-обработке изделий, например полировке и шлифовании.

Особенности сваривания углеродистых сталей

Углеродистая сталь состоит из нескольких элементов, различающихся по химическому составу. Ключевым из них является углерод с незначительным добавлением примесей –кремния, фосфора или серы. Именно количество углерода оказывает большое влияние на свариваемость.

По содержанию углерода, которое колеблется в диапазоне от 0,1 до 2,1 %, различают 3 типа углеродистых сталей:

  1. Низкоуглеродистые – содержат менее 0,30 % углерода.
  2. Среднеуглеродистые – содержат около 0,30 %–0,60 % углерода.
  3. Высокоуглеродистые – 0,61%–2,1% углерода.

Низкоуглеродистая высокопластичная сталь обычно является наиболее легко свариваемой при комнатной температуре. Среднеуглеродистая сталь требует предварительного прогрева и последующей термообработки, чтобы не растрескался сварной шов. Для сварки высокоуглеродистой стали потребуется тщательный предварительный нагрев и последующая температурная обработка.

Следует учитывать и скорость охлаждения сварного шва. Углеродистая сталь с большим количеством углерода и другими элементами охлаждается медленнее, чем низкоуглеродистая.

Чтобы в сварной шов не попал водород, из-за которого в металле образуются поры, область сварки необходимо очистить от масел, краски, ржавчины или окалины.

Сварка низкоуглеродистых сталей

При газовой сварке низкоуглеродистых сталей в аргоне используют присадку в виде металлической низкоуглеродистой проволоки, чтобы в сварном шве не было пор

Стали с низким содержанием углерода свариваются лучше всего, причем без применения флюса. Для соединения деталей чаще всего используют ручную дуговую сварку электродами с различными типами покрытия или газовую сварку. Первый метод подходит для деталей толщиной более 5 мм, второй – для небольших тонких деталей менее 5 мм.

Читайте также:  Сборка душ кабины ниагара

Как правило, для дуговой сварки низкоуглеродистых сталей используют электроды с рутиловым или кальциево-фтористорутиловым покрытием с добавлением небольшого количества железного порошка.

В таблице можно посмотреть марки электродов для сваривания рядовых и ответственных конструкций:

Рядовые конструкции

Ответственные конструкции

АНО-6, АНО-3, АНО-4, АНО-5, АНО-6, ОЗС-3, ОММ-5, ЦМ-7

АН-7, АНО-1, ВСП-1, ВСЦ-2, ДСК-50, К-5А, КПЗ-32Р, МР-1, МР-3, ОЗС-2, ОЗС-4, ОЗС-6, ОМА-2, РБУ-5, СМ-5, СМ-11, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УП-1/45, УП-2/45, УП-1/55, УП-2/55, Э-138/45Н, Э-138/50Н, ЭРС-1, ЭРС-2

Альтернативными методами сварки низкоуглеродистых сталей являются:

  • электрошлаковая сварка с использованием флюсов;
  • автоматическая и полуавтоматическая сварка;
  • сваривание с использованием порошковой проволоки.

После соединения деталей структуру конструкции нужно сделать равномерной. Для этого изделие нагревают до 400 °С и остужают на воздухе.

Сварка среднеуглеродистых сталей

Среднеуглеродистые стали используют в машиностроении для изготовления рельсов, осей и колес вагонов, несущих деталей. Сплавы металлов со средним содержанием углерода хорошо поддаются ковке.

Процесс сварки таких сталей проходит сложнее из-за разницы в прочности сварного шва и соединяемых деталей. Кроме того, вдоль шва могут образовываться трещины и поры. Чтобы стабилизировать баланс прочности, при сварке применяют электроды с низким содержанием углерода:

Перед сваркой детали предварительно прогревают до 400 °С. Величина температуры зависит от толщины деталей и количества углерода в них. Кроме того, в процессе сварки детали постоянно подогревают для ровного распределения температуры. При толщине деталей более 4 мм необходимо предварительно обработать кромки в зависимости от типа соединения.

Детали соединяют сваркой минимум в два прохода. При этом шов нужно вести равномерно, без разрывов. После сварки изделие медленно охлаждают в термостате или с помощью теплоизоляционных материалов.

Для среднеуглеродистых сталей применяют такие типы сварки, как:

  1. Ручная дуговая сварка с электродами. Предпочтительнее использовать сварочные материалы типа УОНИ, которые обеспечивают более стойкий сварной шов.
  2. Газовая сварка с помощью проволоки с содержанием углерода не более 0,2–0,3 %. Перед сваркой деталь необходимо прогреть до 200–250 °С.
  3. Сварка на малом токе с помощью проволоки с применением флюсов АН-348-А или ОСЦ-45. Флюсы насыщают шов кремнием и марганцем для усиления прочности.
  4. 4. Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом.

Сварка высокоуглеродистых сталей

Самые сложные стали для сварки – с высоким содержанием углерода. При соединении деталей образуется высокая концентрация мартенсита – твердого раствора, перенасыщенного углеродом. Мартенсит делает металл хрупким, что приводит к разрыву сварного шва после остывания.

При сварке высокоуглеродистых сталей следует использовать низковольтный электрод. Кроме того, предварительный нагрев металла до 300 °C замедляет процесс охлаждения и предотвращает концентрацию мартенсита. Последующий нагрев также уменьшит напряжение и усилит сварку.

Важно! Не допускается сваривать высокоуглеродистую сталь, если внешняя температура воздуха опустилась ниже 5 °C или на месте сварочных работ «гуляют» сквозняки.

Если все условия соблюдены, высокоуглеродистую сталь сваривают теми же способами, что и среднеуглеродистую. Для сварки можно применять и ацетиленовую горелку с расходом газа от 75 до 90 дм³/ч на 1 миллиметр толщины сварного шва.

Особенности сваривания легированных сталей

В легированной стали содержится хром, марганец, молибден, вольфрам, никель и другие элементы, которые повышают устойчивость к коррозиям, износам и твердость деталей.

По содержанию элементов легированные стали делят на 3 типа:

  • Низколегированные, содержащие не более 2,5 % легирующих элементов.
  • Среднелегированные, содержащие 2,5 %–10 %.
  • Высоколегированные – более 10 % элементов.

Сталь называется по тому элементу, который входит в ее состав, например молибденовая, хромистая или ванадиевая. В зависимости от объема содержания легирующих элементов для каждого типа стали используют определенные особенности сварки.

Сварка низколегированных сталей

Главный показатель свариваемости таких сталей – это сопротивляемость к появлению трещин после остывания металла. Низколегированные стали содержат небольшое количество углерода, никеля, кремния, серы и фосфора, что исключает появление разрывов в процессе сварки.

Для них используют следующие методы:

  1. Дуговую сварку с электродами типа Э-70 с фтористо-кальциевым покрытием с низким содержанием водорода. Величину сварочного тока выбирают в зависимости от диаметра электрода, его марки, толщины сварных деталей и типа соединения. Сваривают в один проход без разрывов с постоянным подогревом более 200 °С.
  2. Сварку под флюсом при постоянном токе обратной полярности с силой не более 800 А и напряжением дуги не более 40 В. Детали толщиной до 8 мм сваривают в один проход, для деталей с толщиной до 20 мм используют двухстороннюю сварку. Чаще всего для соединений без обработки кромок используют проволоку Св-08ХН2М.
  3. Газовую сварку в углекислом газе – характеризуется повышенным выгоранием легирующих элементов. Если для сварки используют углекислый газ, сварщик должен брать проволоку Св-08Г2С, Св-10ХГ2СМА, Св-08ХН2Г2СМЮ или порошковую проволоку. Если используют аргоновую смесь, оптимальным вариантом будет проволока Св-08ХН2ГМЮ.

Сварка среднелегированных сталей

Среднелегированные стали содержат никель, молибден, хром, ванадий и вольфрам и отличаются хорошим сочетанием прочности и пластичности за счет очистки от неметаллических элементов.

Прочность соединения сварных частей зависит от химического состава сварного шва. Баланс достигается за счет уменьшения доли легирующих элементов в сварном материале по сравнению с основным металлом. Крепкий на разрыв шов образуется, когда в него переходят легирующие элементы основного металла.

Для сварки используют низколегированные электроды, не содержащие органических элементов. Во время сварки важно не допустить воздействия на металл влаги или ржавчины, так как содержащийся в них водород снижает прочность сварного шва.

Для сварки среднелегированных сталей чаще всего применяют проволоки:

Основными методами сварки являются:

  1. Аргонодуговая сварка. Эффективна для соединения деталей толщиной 3–5 мм с применением неплавящегося электрода для достижения равномерной глубины проплавки.
  2. Газовая сварка ацетиленокислородом, которая позволяет добиться качественного и ровного шва.

Сварка высоколегированных сталей

При нагревании выше 500 °С в высоколегированной стали происходит выпадение карбидов хрома, из-за чего теряются антикоррозийные свойства. Чтобы восстановить их, деталь нагревают до 1000–1150 °С и быстро охлаждают

Ключевые характеристики таких сталей, которые влияют на качество сварки, – низкая степень теплопроводности и высокий коэффициент линейного расширения. Первая характеристика влияет на увеличение тепловой концентрации в месте соединения и проплавления металла. Высокое линейное расширение приводит к деформациям деталей и появлению трещин.

При этом высоколегированные стали считаются жаропрочными, хладостойкими и устойчивыми к коррозиям. Одну и ту же марку стали не используют для различных изделий, а значит и подход к сварке будет индивидуальным.

Надежнее всего для сварки использовать электроды с покрытием из молибдена, марганца или вольфрама, это повысит пластические свойства металла и снизит вероятность появления трещин. Перед сваркой металл необходимо подогреть до 200–300 °С и выше для сбалансированного распределения температур. После сварки металл также нужно термически обработать.

Для сварки высоколегированных сталей применяют:

  1. Газовую сварку с пламенем мощностью 70–75 дм 3 ацетилена/ч на 1 мм толщины металла. Ее используют для тонких деталей в пределах 1–2 мм. Здесь применяют низкоуглеродистую сварочную проволоку Св-02Х19Н9Т или Св-08Х19Н10Б с диаметром близким к толщине сварной детали.
  2. Ручную дуговую сварку – больше вариантов в выборе электродов. Чаще всего используют проволоку с фтористокальциевой обмазкой для получения шва нужного химического состава.
  3. Сварку под флюсом – для деталей толщиной 3–50 мм. Флюс замешивают на жидком стекле и наносят на кромки деталей. Сваривают после того, как флюс засохнет.
Читайте также:  Сныть фото растения крупным планом

Особенности сваривания меди и медных сплавов

Медь и ее сплавы отличаются высокой теплопроводностью, что затрудняет получение прочного сварного шва. Поэтому такие металлы сваривают с помощью методик высокотемпературного плавления. Чаще всего применяют:

  • дуговую сварку в защитных газах;
  • ручную дуговую сварку покрытыми электродами;
  • механизированную дуговую сварку под флюсом;
  • газовую сварку;
  • электронно-лучевую сварку.

Сварка в защитных газах

При таком типе сварки с минимальным содержанием примесей получается прочный сварной шов. Чаще всего применяют азот, аргон, гелий и их смеси. В качестве электрода используют неплавящийся вольфрамовый стержень, а для присадки – медную проволоку. Для азотной сварки на присадочную проволоку наносят борный флюс.

Ручная дуговая сварка

Выполняют на постоянном токе обратной полярности. Для медных листов толщиной до 4 мм не требуется разделка кромок, для листов до 10 мм применяют одностороннюю разделку с углом скоса 60–70° и притуплением 1,5–3 мм, для листов более 10 мм – Х-образная разделка.

При дуговой сварке используют электроды «Комсомолец-100», АНЦ/ОЗМ-2, АНЦ/ОЗМ-3, ЗТ и АНЦ-3. Сварку ведут по короткой дуге. Для металла толщиной в 5–8 мм требуется прогрев до 300 °С, при толщине 24 мм – до 800 °С. Для сплавов меди с никелем, бронзой и латунью применяют электроды ММЗ-2, Бр1/ЛИВТ, ЦБ-1 и МН-4.

Механизированная дуговая сварка под флюсом

Машина равномерно подает флюс, так что по окончании сварки получается идеально ровный сварной шов

Металл сваривают с помощью угольного или плавящегося электрода. Для угольного электрода применяют постоянный ток прямой полярности и флюсы АН-348А, ОСЦ-45, АН-20. Кромки металла собирают на графитовой подкладке, а поверх стыка кладут присадочный материал, как правило латунь. Таким способом удобно сваривать детали толщиной до 10 мм.

Для сварки с плавящимся электродом используют постоянный ток обратной полярности и флюсы АН-200, АН-348А, ОСЦ-45 и АН-M1. Если при сварке применяют неплавящийся керамический флюс ЖМ-1, дугу нужно запускать при переменном токе.

Этот способ удобен, потому что не требует предварительного прогрева металла. Для сварки чистой меди используют проволоку диаметром 1,4–5 мм из меди МБ, M1 или бронзы БрКМц 3-1, БрОЦ 4-3.

Для сварки латуни используют флюсы АН-20, ФЦ-10, МАТИ-53, бронзовые БрКМцЗ-1, БрОЦ4-3 и латунные ЛК80-3 проволоки.

Газовая сварка

Чаще всего применяют ацетиленокислородную сварку, с помощью которой достигается сверхвысокая температура пламени. Для газовой сварки используют флюсы с содержанием бора. Флюс наносят слоем в 10–12 мм на кромки и присадочную медную проволоку М1 или М2. Для сварки латуни рекомендуется брать проволоку ЛК80-3 из кремнистой латуни.

Электронно-лучевая сварка

Такой тип сварки эффективен в производстве медных изделий высокой чистоты, так как не допускается выпадение и осадок примесей. Альтернативным типом соединения деталей является плазменная сварка, которой «сшивают» металл толщиной до 60 мм. При сварке используют слой флюса или порошковую проволоку.

Особенности сваривания алюминия и алюминиевых сплавов

Главная особенность сварки алюминия и его сплавов – активная реакция металла с кислородом, при которой образуется оксид алюминия Al2O3 с повышенной температурой плавления в 2050 °С. При этом температура плавления чистого алюминия – всего 658 °С. Оксид остается в сварном шве и разрушает его структуру.

Второй ключевой момент – разрушаемость алюминия при температуре в пределах 600 °С. Важно учесть, что у алюминия нет переходного состояния и при сильном нагреве он становится жидким.

Эти проблемы решаются следующими путями:

  1. При сварке применяют флюсы и электроды со специальными покрытиями, которые растворяют Al2O3. После сварки остатки электродов и флюсов необходимо тщательно удалить с деталей.
  2. Для присадки используют проволоку из алюминия с 5-процентным содержанием кремния.
  3. Детали толщиной в 6–7 мм сваривают одним проходом без обработки кромок. Для сварки деталей толщиной более 7 мм на кромках делают скос до 60 градусов.
  4. Для сварки используют стальные подкладки, которые удерживают тепло в нужных точках.
  5. Алюминиевые детали толщиной более 20 мм предварительно прогревают до 400 °С.
  6. Начинают сварку при сильном постоянном токе обратной полярности, постепенно снижая его на 15 %.

Как правило, алюминий и его сплавы соединяют аргонно-дуговой сваркой. Для деталей толщиной до 10 мм используют неплавящиеся вольфрамовые или углеродные электроды, а для более толстых – плавящиеся стержни.

Алюминиевые сплавы представлены в 4 категориях:

  • алюминиево-марганцевые;
  • алюминиево-магниевые;
  • алюминиево-медные;
  • алюминиево-кремниевые.

Первый тип отличается повышенной прочностью и устойчивостью к коррозиям. Эти характеристики улучшаются, если использовать сплав алюминия и 5–6 % магния. Прочность дюралюминиевых сплавов повышается при закалке.

Алюминиевые детали толщиной до 4 мм сваривают через прямой стык без скоса кромок. При соединении необходимо оставить зазор не более 0,5 мм. Для более толстых деталей на кромках делают V-образный скос под 35 градусов.

Внахлест детали лучше не сваривать, так как между кромками будет затекать флюс, который вызовет коррозию металла. Перед сваркой кромки нужно обезжирить и очистить от оксида алюминия металлической щеткой или ортофосфорной кислотой.

Можно ли сваривать алюминий со сталью при изготовлении металлических изделий? Да, но нужно учитывать, что при сварке образуются хрупкие соединения, которые разрушают структуру стального шва. Проблему решают двумя путями:

  1. Используют биметаллические переходные вставки из алюминия и других металлов. При этом применяют сварку взрывом, прокатку, давление подогревом. Таким образом каждый тип металла приваривается к себе подобному.
  2. Используют алюминиевое покрытие стали с помощью погружения в расплавленный металл или припайку алюминия на стальную деталь. Кроме того, сталь можно покрыть припоем из серебра, а при сваривании использовать присадки из алюминиевых сплавов.

Особенности сваривания титана и титановых сплавов

Титан и его сплавы сваривают по специальным технологиям, так как данный металл ведет себя весьма специфично при различных температурах

Титан – металл с высокой температурой плавления – около 1600 °С. Считается одним из самых сложных металлов для сварки, так как в чистом виде активно реагирует с кислородом и азотом при нагревании до 400 °С. Поэтому зону сварки необходимо изолировать от воздействия атмосферного воздуха.

Для соединения титановых деталей нужна очень быстрая сварка без постепенного повышения температуры. Поэтому самым распространенным способом соединения титана и его сплавов является аргонная сварка на постоянном токе малой величины. Для нее не нужны электроды и флюсы, что исключает попадание в сварной шов посторонних соединений.

Титан и титановые сплавы сваривают в 2 этапа:

  1. Подготовка. Сварщик зачищает поверхность титановых деталей, удаляет различные оксиды. Детали обрабатывает соляной кислотой или фтором при температуре 60 °С. От попадания воздуха детали защищают медными или стальными прокладками.
  2. Сварка. В аргонную горелку вставляют вольфрамовый электрод. При появлении дуги образуется сварочная ванна с температурой до 6000 °С. Аргон обеспечивает дополнительную защиту от кислорода и азота.

При соблюдении всех требований у сварщика получается ровный и аккуратный сварной шов, который не требует дополнительной обработки.

В заключение стоит отметить, что для сваривания различных типов сталей требуется соответствующая квалификация сварщика. Например, начинающий сварщик легко справится со сваркой алюминия или низкоуглеродистых сталей. А вот сварить титан и его сплавы под силу опытному мастеру, который досконально знает все особенности процесса.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
ТурбоЗайм
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

Сварка деталей разной толщины

По одному из способов делают проточку в более толстой детали, создавая равную толщину свариваемых элементов. Недостаток состоит в том, что трудно направить и удержать горелку над тонким слоем металла.

По другому способу устанавливают ободок со стороны тонкого металла. Сварку вести удобно, но ободок остается приваренным, что портит внешний вид детали.

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к способу лазерной сварки сильфонных и мембранных узлов. Изобретение может быть использовано в электронной, радиотехнической, приборостроительной и других отраслях промышленности.

Предшествующий уровень техники

Известен способ дуговой сварки деталей различных толщин из патента РФ №1127721, опубл. 07.12.1984, B23K 9/16, B23K 9/02, авторы Карпов А.Г., Оганджанян Ю.Г. Способ заключается в том, что на более толстой детали выполняют наклонный бурт, устанавливают под этот бурт более тонкую деталь и производят соединение деталей путем оплавления бурта, бурт завальцовывают на более тонкую деталь и оплавляют завальцованный участок.

Недостатком данного способа является высокая вероятность перегрева и прожога тонкой детали. При посадке цилиндрической части тонкостенной оболочки на более толстую деталь неизбежен зазор между сопрягаемыми поверхностями. При завальцовке бурта этот зазор будет уменьшаться с одной стороны посадочной части оболочки и увеличиваться с другой. Это создаст неодинаковые условия для теплоотвода от тонкой кромки на различных ее участках, что увеличит вероятность прожога тонкой кромки.

Известен способ сборки под сварку плавлением разнотолщинн 31/0 ых деталей в патенте РФ №1704991, опубл. 15.01.1992, B23K 0, B23K 33/00, авторы Казаков Ю.В., Корчагин П.В. По этому способу свариваемые кромки тонкостенной и толстостенной детали собирают внахлест, располагая сопрягаемую часть тонкостенной детали на толстостенной детали или внутри нее. Сопрягаемую часть свариваемой кромки толстостенной детали выполняют конусной с углом наклона 1-3°. Больший и меньший диаметры конуса как при внешнем, так и при внутреннем расположении тонкостенной детали определяют из предложенных соотношений так, чтобы получить соединение деталей с натягом. При внешнем расположении тонкой детали у основания конуса на толстой детали выполняют канавку, и после сборки кромку тонкостенной детали завальцовывают в канавку.

Однако при реализации этого способа опасность возникновения прожогов остается. Это связано с тем, что при повышении скорости сварки необходимо увеличивать силу сварочного тока, чтобы сохранить требуемую величину погонной энергии. При этом резко возрастает интенсивность газового потока с электрода, что увеличивает нагрев поверхности кромки тонкостенной детали. Увеличивается величина теплового расширения металла тонкой кромки, что приводит к ее местному короблению, вспучиванию, появлению зазора между деталями, тонкая кромка перегревается, образуется прожог.

В качестве прототипа способа был выбран способ сварки тонкостенных деталей с элементами арматуры из патента РФ №1428558, опубл. 07.10.1988, B23K 31/06, B23K 9/16, автор Ченцов В.И. Согласно способу кромки свариваемых деталей соединяют на одном уровне, удерживают и производят сварку.

Недостатком данного способа является отсутствие гарантированной герметичности и прочности сварного шва. Так как смещение дуги относительно привариваемой кромки может привести к нарушению стабильности формирования шва и образованию прожогов. Также отсутствие жесткой фиксации вспомогательного элемента способствует деформации конструкции, что может привести к появлению дефектов. В прототипе рассматривается способ сварки только для случая, когда диаметр тонкостенной детали меньше диаметра массивной арматуры. Данный способ не позволяет сваривать тонкостенную деталь большего диаметра с массивной арматурой меньшего диаметра.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа сварки деталей различного диаметра и разной толщины, который обеспечивает получение прочных и герметичных неразъемных соединений.

Технический результат заключается в повышении прочности сварного шва за счет реализации способа сварки с минимальным тепловложением, обеспечивающего соединение свариваемых деталей с помощью переходника.

Технический результат достигается тем, что в способе сварки деталей различного диаметра и разной толщины, при котором кромки свариваемых деталей соединяют на одном уровне, удерживают и производят сварку, согласно изобретению используют дополнительную деталь — переходник. На одном конце переходника формируют технологический бурт для соединения с тонкостенной деталью. На другом конце переходника выполняют центрирующую кольцевую проточку. Выполняют центрирующий кольцевой выступ на толстостенной детали под кольцевую проточку на конце переходника. После соединения и удержания фиксируют свариваемые детали прихватками, затем сваривают детали лазерным лучом. При этом лазерное излучение фокусируют на стык свариваемых деталей.

Совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата — минимальное необходимое тепловложение при сварке, которое снижает тепловое расширение металла тонкостенной кромки, исключает ее несплавление с толстостенной кромкой и обеспечивает минимальную деформацию при нагреве и усадке.

Формируют на одном конце переходника технологический бурт для соединения с тонкостенной деталью большего диаметра и кольцевую проточку для соединения с толстостенной деталью меньшего диаметра.

Формируют на одном конце переходника технологический бурт для соединения с тонкостенной деталью меньшего диаметра и кольцевую проточку для соединения с толстостенной деталью большего диаметра.

При сварке тонкостенной детали целесообразно применение стыкового соединения с отбортовкой кромок для обеспечения равномерного нагрева свариваемых кромок. В данном случае формирование сварного шва происходит за счет расплавления отбортованной кромки, причем ее величина такова, что позволяет получить качественный сварной шов. Изготовление технологической кольцевой проточки на конце переходника и технологического кольцевого выступа на конце толстостенной детали упрощает процесс сборки деталей и обеспечивает равномерное формирование сварного шва. Кроме того, соединение данного типа наиболее оптимально при сварке толстостенных деталей с применением концентрированных источников энергии.

На тонкостенной детали в виде сильфона подрезают поверхность, перпендикулярную оси сильфона до наружного диаметра по торцу, равного диаметру бурта переходника. Такое соединение сильфона и переходника обеспечивает равномерный нагрев свариваемых поверхностей.

Перед сборкой поверхности контакта свариваемых деталей подвергают ультразвуковой обработке в этиловом спирте. Этим доводят свариваемые поверхности до требуемой чистоты, и таким образом исключают влияние адсорбированных атомов внешней среды на качество шва. Без загрязнений качество шва улучшается.

При сборке обеспечивают плотный контакт свариваемых кромок, исключают образование воздушных полостей между кромками, наличие которых являются причиной прожога кромки тонкостенной детали. Отсутствие зазоров улучшает качество шва. Зазор в стыке более 10% от толщины тонкостенной детали не допускается.

Опытным путем было установлено, что увеличение зазора приводит к прожогу тонкостенной детали.

Перед сваркой выполняют прихватки. Прихватки выполняют лазерным лучом в точках, равноудаленных друг от друга, с энергией импульса не меньше 80% от основной энергии для сварки. Опыты показали, что использование энергии импульса от 80% до 100% основной энергии для сварки приводит к частичному оплавлению свариваемых кромок без взаимного перемешивания металла, то есть без образования сварных точек. Уменьшение энергии импульса меньше 80% не позволит оплавить металл и выполнить прихватку Прихватки выполняются с целью исключения возможных короблений и зазоров в процессе сварки. Затем выполняют сварку.

Читайте также:  Сборка душ кабины ниагара

При проведении анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявлении источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. В результате поиска не выявлены технические решения с этими признаками. На этом основании можно сделать выводы о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показано соединение тонкостенной детали большего диаметра с толстостенной деталью меньшего диаметра с помощью переходника.

На фиг.2 показано соединение тонкостенной детали меньшего диаметра с толстостенной деталью большего диаметра с помощью переходника.

На фиг.3 показано соединение тонкостенной детали в виде сильфона с толстостенной деталью с помощью переходника.

Варианты осуществления изобретения

Как показано на фиг.1, для соединения тонкостенной детали 1 большего диаметра с толстостенной деталью 2 меньшего диаметра используют дополнительную деталь — переходник 3. На одном конце переходника 3 формируют технологический бурт 4 для соединения с тонкостенной деталью 1. На другом конце переходника 3 выполняют центрирующую кольцевую проточку 5. На толстостенной детали 2 выполняют центрирующий кольцевой выступ 6 под кольцевую проточку 5 переходника 3. Наружный диаметр кольцевого выступа 6 толстостенной детали 2 равен внутреннему диаметру кольцевой проточки 5 переходника 3.

На фиг.2 показано соединение тонкостенной детали 1 меньшего диаметра с толстостенной деталью 2 большего диаметра с помощью дополнительной детали — переходника 3. На торцах переходника 3 выдерживают все геометрические размеры проточки 5 и бурта 4. На толстостенной детали 2 выполняют кольцевой выступ 6 под кольцевую проточку 5 переходника 3.

На фиг.3 показано, что для соединения тонкостенной детали 1 в виде сильфона с толстостенной деталью 2 также используют дополнительную деталь — переходник 3. На тонкостенной детали 1 формируют кромку 7 путем подрезки одной из поверхностей тонкостенной детали 1 перпендикулярной оси тонкостенной детали 1 до наружного диаметра по торцу равного диаметру бурта 4 переходника 3. На торцах переходника 3 также выдерживают все геометрические размеры проточки 5 и бурта 4. На толстостенной детали 2 выполняют кольцевой выступ 6 под кольцевую проточку 5 переходника 3.

Импульсную лазерную сварку осуществляют следующим образом. Вначале выполняют сборку тонкостенной детали 1 с переходником 3 для каждого варианта конструкции. Перед сборкой поверхность контакта бурта 4 переходника 3 с кромкой 7 тонкостенной детали 1 подвергают ультразвуковой обработке в этиловом спирте. Тонкостенная деталь 1 и переходник 3 устанавливают в сборочно-сварочном приспособлении, обеспечивают плотный контакт бурта 4 переходника 3 с кромкой 7 тонкостенной детали 1, при этом зазор не превышает 10% от толщины тонкостенной детали 1. Сборочно-сварочное приспособление обеспечивает беспрепятственный доступ лазерного луча 8 и защитного газа в зону сварки. Для защиты сварного шва в процессе сварки от окисления используют инертный газ. Далее лазерный луч 8 направляют на стык бурта 4 и кромки 7 и осуществляют прихватку тонкостенной детали 1 с переходником 3 в точках, равноудаленных друг от друга, с энергией импульса не меньше 80% от основной энергии для сварки.

Сварку выполняют по стыку тонкостенной детали 1 и переходника 3. В процессе взаимодействия лазерного луча 8 с буртом 4 и кромкой 7 производят их нагрев и дальнейшее расплавление. В результате сварной шов формируют с равномерным оплавлением бурта 4 переходника 3 и кромки 7 тонкостенной детали 1.

Далее выполняют сборку толстостенной детали 2 с конструкцией из скрепленных тонкостенной детали 1 и переходника 3. Перед сборкой поверхность контакта кольцевой проточки 5 переходника 3 и кольцевого выступа 6 толстостенной детали 2 также подвергают ультразвуковой обработке в этиловом спирте. Толстостенная деталь 2 и переходник 3 вместе с приваренной к ней тонкостенной деталью 1 устанавливают в сборочно-сварочном приспособлении, обеспечивают плотный контакт проточки 5 переходника 3 с выступом 6 толстостенной детали 2. Для защиты сварного шва в процессе сварки от окисления используют инертный газ. Далее лазерный луч 8 направляют на стык кольцевой проточки 5 и кольцевого выступа 6 и осуществляют прихватку толстостенной детали 2 с переходником 3 в точках, равноудаленных друг от друга, с энергией импульса не меньше 80% от основной энергии для сварки.

Сварку выполняют по стыку толстостенной детали 2 и конструкции из тонкостенной деталей 1 и переходника 3. В процессе взаимодействия лазерного луча 8 с проточкой 5 и выступом 6 производят их нагрев и дальнейшее расплавление. В результате сварной шов формируют с равномерным оплавлением проточки 5 переходника 3 и выступа 6 толстостенной детали 2.

Таким образом, форма выполнения бурта 4 и кольцевой проточки 5 переходника 3 позволяет сваривать детали различного диаметра и разной толщины, обеспечивая при этом стабильное формирование сварных швов. В результате проведенных экспериментов было подтверждено, что при импульсной лазерной сварке тонкостенной детали 1 и толстостенной детали 2 сварные швы герметичны, не имеют наружных и внутренних дефектов. То есть обеспечивается минимальное необходимое тепловложение при сварке, которое обеспечивает минимальную деформацию при нагреве и усадке, исключает прожог тонкостенной кромки и ее несплавление с толстостенной кромкой.

Предложенный способ может быть использован в приборостроении, электронике и других отраслях промышленности для изготовления сильфонных и мембранных узлов, где предъявляются высокие требования по обеспечению герметичности сварных соединений. А также там, где в конструкции присутствует необходимость соединения деталей различного диаметра с помощью переходника и присутствуют повышенные требования к геометрии изделия и к качеству сварных швов. Предлагаемые варианты способа сварного соединения обеспечивают технический эффект, заключающийся в повышении качества сварных соединений. В целом, рассмотренные варианты способа могут быть реализованы на существующем в настоящее время оборудовании с использованием имеющихся материалов. Это доказывает работоспособность и подтверждает промышленную применимость способа.

Сварка – это сложный процесс соединения металлов через высокотемпературный нагрев. Здесь сочетаются законы электричества, теплопроводности, металлургии и химических состояний веществ. Без понимания этих законов могут возникнуть осложнения, которые приведут к разрушению сварного шва.

Чтобы снизить возможные риски, важно знать особенности сварки различных типов металлов. Это сэкономит время при сваривании и пост-обработке изделий, например полировке и шлифовании.

Особенности сваривания углеродистых сталей

Углеродистая сталь состоит из нескольких элементов, различающихся по химическому составу. Ключевым из них является углерод с незначительным добавлением примесей –кремния, фосфора или серы. Именно количество углерода оказывает большое влияние на свариваемость.

По содержанию углерода, которое колеблется в диапазоне от 0,1 до 2,1 %, различают 3 типа углеродистых сталей:

  1. Низкоуглеродистые – содержат менее 0,30 % углерода.
  2. Среднеуглеродистые – содержат около 0,30 %–0,60 % углерода.
  3. Высокоуглеродистые – 0,61%–2,1% углерода.

Низкоуглеродистая высокопластичная сталь обычно является наиболее легко свариваемой при комнатной температуре. Среднеуглеродистая сталь требует предварительного прогрева и последующей термообработки, чтобы не растрескался сварной шов. Для сварки высокоуглеродистой стали потребуется тщательный предварительный нагрев и последующая температурная обработка.

Следует учитывать и скорость охлаждения сварного шва. Углеродистая сталь с большим количеством углерода и другими элементами охлаждается медленнее, чем низкоуглеродистая.

Чтобы в сварной шов не попал водород, из-за которого в металле образуются поры, область сварки необходимо очистить от масел, краски, ржавчины или окалины.

Сварка низкоуглеродистых сталей

При газовой сварке низкоуглеродистых сталей в аргоне используют присадку в виде металлической низкоуглеродистой проволоки, чтобы в сварном шве не было пор

Стали с низким содержанием углерода свариваются лучше всего, причем без применения флюса. Для соединения деталей чаще всего используют ручную дуговую сварку электродами с различными типами покрытия или газовую сварку. Первый метод подходит для деталей толщиной более 5 мм, второй – для небольших тонких деталей менее 5 мм.

Читайте также:  Свежевыжатый свекольный сок польза

Как правило, для дуговой сварки низкоуглеродистых сталей используют электроды с рутиловым или кальциево-фтористорутиловым покрытием с добавлением небольшого количества железного порошка.

В таблице можно посмотреть марки электродов для сваривания рядовых и ответственных конструкций:

Рядовые конструкции

Ответственные конструкции

АНО-6, АНО-3, АНО-4, АНО-5, АНО-6, ОЗС-3, ОММ-5, ЦМ-7

АН-7, АНО-1, ВСП-1, ВСЦ-2, ДСК-50, К-5А, КПЗ-32Р, МР-1, МР-3, ОЗС-2, ОЗС-4, ОЗС-6, ОМА-2, РБУ-5, СМ-5, СМ-11, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УП-1/45, УП-2/45, УП-1/55, УП-2/55, Э-138/45Н, Э-138/50Н, ЭРС-1, ЭРС-2

Альтернативными методами сварки низкоуглеродистых сталей являются:

  • электрошлаковая сварка с использованием флюсов;
  • автоматическая и полуавтоматическая сварка;
  • сваривание с использованием порошковой проволоки.

После соединения деталей структуру конструкции нужно сделать равномерной. Для этого изделие нагревают до 400 °С и остужают на воздухе.

Сварка среднеуглеродистых сталей

Среднеуглеродистые стали используют в машиностроении для изготовления рельсов, осей и колес вагонов, несущих деталей. Сплавы металлов со средним содержанием углерода хорошо поддаются ковке.

Процесс сварки таких сталей проходит сложнее из-за разницы в прочности сварного шва и соединяемых деталей. Кроме того, вдоль шва могут образовываться трещины и поры. Чтобы стабилизировать баланс прочности, при сварке применяют электроды с низким содержанием углерода:

Перед сваркой детали предварительно прогревают до 400 °С. Величина температуры зависит от толщины деталей и количества углерода в них. Кроме того, в процессе сварки детали постоянно подогревают для ровного распределения температуры. При толщине деталей более 4 мм необходимо предварительно обработать кромки в зависимости от типа соединения.

Детали соединяют сваркой минимум в два прохода. При этом шов нужно вести равномерно, без разрывов. После сварки изделие медленно охлаждают в термостате или с помощью теплоизоляционных материалов.

Для среднеуглеродистых сталей применяют такие типы сварки, как:

  1. Ручная дуговая сварка с электродами. Предпочтительнее использовать сварочные материалы типа УОНИ, которые обеспечивают более стойкий сварной шов.
  2. Газовая сварка с помощью проволоки с содержанием углерода не более 0,2–0,3 %. Перед сваркой деталь необходимо прогреть до 200–250 °С.
  3. Сварка на малом токе с помощью проволоки с применением флюсов АН-348-А или ОСЦ-45. Флюсы насыщают шов кремнием и марганцем для усиления прочности.
  4. 4. Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом.

Сварка высокоуглеродистых сталей

Самые сложные стали для сварки – с высоким содержанием углерода. При соединении деталей образуется высокая концентрация мартенсита – твердого раствора, перенасыщенного углеродом. Мартенсит делает металл хрупким, что приводит к разрыву сварного шва после остывания.

При сварке высокоуглеродистых сталей следует использовать низковольтный электрод. Кроме того, предварительный нагрев металла до 300 °C замедляет процесс охлаждения и предотвращает концентрацию мартенсита. Последующий нагрев также уменьшит напряжение и усилит сварку.

Важно! Не допускается сваривать высокоуглеродистую сталь, если внешняя температура воздуха опустилась ниже 5 °C или на месте сварочных работ «гуляют» сквозняки.

Если все условия соблюдены, высокоуглеродистую сталь сваривают теми же способами, что и среднеуглеродистую. Для сварки можно применять и ацетиленовую горелку с расходом газа от 75 до 90 дм³/ч на 1 миллиметр толщины сварного шва.

Особенности сваривания легированных сталей

В легированной стали содержится хром, марганец, молибден, вольфрам, никель и другие элементы, которые повышают устойчивость к коррозиям, износам и твердость деталей.

По содержанию элементов легированные стали делят на 3 типа:

  • Низколегированные, содержащие не более 2,5 % легирующих элементов.
  • Среднелегированные, содержащие 2,5 %–10 %.
  • Высоколегированные – более 10 % элементов.

Сталь называется по тому элементу, который входит в ее состав, например молибденовая, хромистая или ванадиевая. В зависимости от объема содержания легирующих элементов для каждого типа стали используют определенные особенности сварки.

Сварка низколегированных сталей

Главный показатель свариваемости таких сталей – это сопротивляемость к появлению трещин после остывания металла. Низколегированные стали содержат небольшое количество углерода, никеля, кремния, серы и фосфора, что исключает появление разрывов в процессе сварки.

Для них используют следующие методы:

  1. Дуговую сварку с электродами типа Э-70 с фтористо-кальциевым покрытием с низким содержанием водорода. Величину сварочного тока выбирают в зависимости от диаметра электрода, его марки, толщины сварных деталей и типа соединения. Сваривают в один проход без разрывов с постоянным подогревом более 200 °С.
  2. Сварку под флюсом при постоянном токе обратной полярности с силой не более 800 А и напряжением дуги не более 40 В. Детали толщиной до 8 мм сваривают в один проход, для деталей с толщиной до 20 мм используют двухстороннюю сварку. Чаще всего для соединений без обработки кромок используют проволоку Св-08ХН2М.
  3. Газовую сварку в углекислом газе – характеризуется повышенным выгоранием легирующих элементов. Если для сварки используют углекислый газ, сварщик должен брать проволоку Св-08Г2С, Св-10ХГ2СМА, Св-08ХН2Г2СМЮ или порошковую проволоку. Если используют аргоновую смесь, оптимальным вариантом будет проволока Св-08ХН2ГМЮ.

Сварка среднелегированных сталей

Среднелегированные стали содержат никель, молибден, хром, ванадий и вольфрам и отличаются хорошим сочетанием прочности и пластичности за счет очистки от неметаллических элементов.

Прочность соединения сварных частей зависит от химического состава сварного шва. Баланс достигается за счет уменьшения доли легирующих элементов в сварном материале по сравнению с основным металлом. Крепкий на разрыв шов образуется, когда в него переходят легирующие элементы основного металла.

Для сварки используют низколегированные электроды, не содержащие органических элементов. Во время сварки важно не допустить воздействия на металл влаги или ржавчины, так как содержащийся в них водород снижает прочность сварного шва.

Для сварки среднелегированных сталей чаще всего применяют проволоки:

Основными методами сварки являются:

  1. Аргонодуговая сварка. Эффективна для соединения деталей толщиной 3–5 мм с применением неплавящегося электрода для достижения равномерной глубины проплавки.
  2. Газовая сварка ацетиленокислородом, которая позволяет добиться качественного и ровного шва.

Сварка высоколегированных сталей

При нагревании выше 500 °С в высоколегированной стали происходит выпадение карбидов хрома, из-за чего теряются антикоррозийные свойства. Чтобы восстановить их, деталь нагревают до 1000–1150 °С и быстро охлаждают

Ключевые характеристики таких сталей, которые влияют на качество сварки, – низкая степень теплопроводности и высокий коэффициент линейного расширения. Первая характеристика влияет на увеличение тепловой концентрации в месте соединения и проплавления металла. Высокое линейное расширение приводит к деформациям деталей и появлению трещин.

При этом высоколегированные стали считаются жаропрочными, хладостойкими и устойчивыми к коррозиям. Одну и ту же марку стали не используют для различных изделий, а значит и подход к сварке будет индивидуальным.

Надежнее всего для сварки использовать электроды с покрытием из молибдена, марганца или вольфрама, это повысит пластические свойства металла и снизит вероятность появления трещин. Перед сваркой металл необходимо подогреть до 200–300 °С и выше для сбалансированного распределения температур. После сварки металл также нужно термически обработать.

Для сварки высоколегированных сталей применяют:

  1. Газовую сварку с пламенем мощностью 70–75 дм 3 ацетилена/ч на 1 мм толщины металла. Ее используют для тонких деталей в пределах 1–2 мм. Здесь применяют низкоуглеродистую сварочную проволоку Св-02Х19Н9Т или Св-08Х19Н10Б с диаметром близким к толщине сварной детали.
  2. Ручную дуговую сварку – больше вариантов в выборе электродов. Чаще всего используют проволоку с фтористокальциевой обмазкой для получения шва нужного химического состава.
  3. Сварку под флюсом – для деталей толщиной 3–50 мм. Флюс замешивают на жидком стекле и наносят на кромки деталей. Сваривают после того, как флюс засохнет.
Читайте также:  Сныть фото растения крупным планом

Особенности сваривания меди и медных сплавов

Медь и ее сплавы отличаются высокой теплопроводностью, что затрудняет получение прочного сварного шва. Поэтому такие металлы сваривают с помощью методик высокотемпературного плавления. Чаще всего применяют:

  • дуговую сварку в защитных газах;
  • ручную дуговую сварку покрытыми электродами;
  • механизированную дуговую сварку под флюсом;
  • газовую сварку;
  • электронно-лучевую сварку.

Сварка в защитных газах

При таком типе сварки с минимальным содержанием примесей получается прочный сварной шов. Чаще всего применяют азот, аргон, гелий и их смеси. В качестве электрода используют неплавящийся вольфрамовый стержень, а для присадки – медную проволоку. Для азотной сварки на присадочную проволоку наносят борный флюс.

Ручная дуговая сварка

Выполняют на постоянном токе обратной полярности. Для медных листов толщиной до 4 мм не требуется разделка кромок, для листов до 10 мм применяют одностороннюю разделку с углом скоса 60–70° и притуплением 1,5–3 мм, для листов более 10 мм – Х-образная разделка.

При дуговой сварке используют электроды «Комсомолец-100», АНЦ/ОЗМ-2, АНЦ/ОЗМ-3, ЗТ и АНЦ-3. Сварку ведут по короткой дуге. Для металла толщиной в 5–8 мм требуется прогрев до 300 °С, при толщине 24 мм – до 800 °С. Для сплавов меди с никелем, бронзой и латунью применяют электроды ММЗ-2, Бр1/ЛИВТ, ЦБ-1 и МН-4.

Механизированная дуговая сварка под флюсом

Машина равномерно подает флюс, так что по окончании сварки получается идеально ровный сварной шов

Металл сваривают с помощью угольного или плавящегося электрода. Для угольного электрода применяют постоянный ток прямой полярности и флюсы АН-348А, ОСЦ-45, АН-20. Кромки металла собирают на графитовой подкладке, а поверх стыка кладут присадочный материал, как правило латунь. Таким способом удобно сваривать детали толщиной до 10 мм.

Для сварки с плавящимся электродом используют постоянный ток обратной полярности и флюсы АН-200, АН-348А, ОСЦ-45 и АН-M1. Если при сварке применяют неплавящийся керамический флюс ЖМ-1, дугу нужно запускать при переменном токе.

Этот способ удобен, потому что не требует предварительного прогрева металла. Для сварки чистой меди используют проволоку диаметром 1,4–5 мм из меди МБ, M1 или бронзы БрКМц 3-1, БрОЦ 4-3.

Для сварки латуни используют флюсы АН-20, ФЦ-10, МАТИ-53, бронзовые БрКМцЗ-1, БрОЦ4-3 и латунные ЛК80-3 проволоки.

Газовая сварка

Чаще всего применяют ацетиленокислородную сварку, с помощью которой достигается сверхвысокая температура пламени. Для газовой сварки используют флюсы с содержанием бора. Флюс наносят слоем в 10–12 мм на кромки и присадочную медную проволоку М1 или М2. Для сварки латуни рекомендуется брать проволоку ЛК80-3 из кремнистой латуни.

Электронно-лучевая сварка

Такой тип сварки эффективен в производстве медных изделий высокой чистоты, так как не допускается выпадение и осадок примесей. Альтернативным типом соединения деталей является плазменная сварка, которой «сшивают» металл толщиной до 60 мм. При сварке используют слой флюса или порошковую проволоку.

Особенности сваривания алюминия и алюминиевых сплавов

Главная особенность сварки алюминия и его сплавов – активная реакция металла с кислородом, при которой образуется оксид алюминия Al2O3 с повышенной температурой плавления в 2050 °С. При этом температура плавления чистого алюминия – всего 658 °С. Оксид остается в сварном шве и разрушает его структуру.

Второй ключевой момент – разрушаемость алюминия при температуре в пределах 600 °С. Важно учесть, что у алюминия нет переходного состояния и при сильном нагреве он становится жидким.

Эти проблемы решаются следующими путями:

  1. При сварке применяют флюсы и электроды со специальными покрытиями, которые растворяют Al2O3. После сварки остатки электродов и флюсов необходимо тщательно удалить с деталей.
  2. Для присадки используют проволоку из алюминия с 5-процентным содержанием кремния.
  3. Детали толщиной в 6–7 мм сваривают одним проходом без обработки кромок. Для сварки деталей толщиной более 7 мм на кромках делают скос до 60 градусов.
  4. Для сварки используют стальные подкладки, которые удерживают тепло в нужных точках.
  5. Алюминиевые детали толщиной более 20 мм предварительно прогревают до 400 °С.
  6. Начинают сварку при сильном постоянном токе обратной полярности, постепенно снижая его на 15 %.

Как правило, алюминий и его сплавы соединяют аргонно-дуговой сваркой. Для деталей толщиной до 10 мм используют неплавящиеся вольфрамовые или углеродные электроды, а для более толстых – плавящиеся стержни.

Алюминиевые сплавы представлены в 4 категориях:

  • алюминиево-марганцевые;
  • алюминиево-магниевые;
  • алюминиево-медные;
  • алюминиево-кремниевые.

Первый тип отличается повышенной прочностью и устойчивостью к коррозиям. Эти характеристики улучшаются, если использовать сплав алюминия и 5–6 % магния. Прочность дюралюминиевых сплавов повышается при закалке.

Алюминиевые детали толщиной до 4 мм сваривают через прямой стык без скоса кромок. При соединении необходимо оставить зазор не более 0,5 мм. Для более толстых деталей на кромках делают V-образный скос под 35 градусов.

Внахлест детали лучше не сваривать, так как между кромками будет затекать флюс, который вызовет коррозию металла. Перед сваркой кромки нужно обезжирить и очистить от оксида алюминия металлической щеткой или ортофосфорной кислотой.

Можно ли сваривать алюминий со сталью при изготовлении металлических изделий? Да, но нужно учитывать, что при сварке образуются хрупкие соединения, которые разрушают структуру стального шва. Проблему решают двумя путями:

  1. Используют биметаллические переходные вставки из алюминия и других металлов. При этом применяют сварку взрывом, прокатку, давление подогревом. Таким образом каждый тип металла приваривается к себе подобному.
  2. Используют алюминиевое покрытие стали с помощью погружения в расплавленный металл или припайку алюминия на стальную деталь. Кроме того, сталь можно покрыть припоем из серебра, а при сваривании использовать присадки из алюминиевых сплавов.

Особенности сваривания титана и титановых сплавов

Титан и его сплавы сваривают по специальным технологиям, так как данный металл ведет себя весьма специфично при различных температурах

Титан – металл с высокой температурой плавления – около 1600 °С. Считается одним из самых сложных металлов для сварки, так как в чистом виде активно реагирует с кислородом и азотом при нагревании до 400 °С. Поэтому зону сварки необходимо изолировать от воздействия атмосферного воздуха.

Для соединения титановых деталей нужна очень быстрая сварка без постепенного повышения температуры. Поэтому самым распространенным способом соединения титана и его сплавов является аргонная сварка на постоянном токе малой величины. Для нее не нужны электроды и флюсы, что исключает попадание в сварной шов посторонних соединений.

Титан и титановые сплавы сваривают в 2 этапа:

  1. Подготовка. Сварщик зачищает поверхность титановых деталей, удаляет различные оксиды. Детали обрабатывает соляной кислотой или фтором при температуре 60 °С. От попадания воздуха детали защищают медными или стальными прокладками.
  2. Сварка. В аргонную горелку вставляют вольфрамовый электрод. При появлении дуги образуется сварочная ванна с температурой до 6000 °С. Аргон обеспечивает дополнительную защиту от кислорода и азота.

При соблюдении всех требований у сварщика получается ровный и аккуратный сварной шов, который не требует дополнительной обработки.

В заключение стоит отметить, что для сваривания различных типов сталей требуется соответствующая квалификация сварщика. Например, начинающий сварщик легко справится со сваркой алюминия или низкоуглеродистых сталей. А вот сварить титан и его сплавы под силу опытному мастеру, который досконально знает все особенности процесса.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
ТурбоЗайм
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

Сварка деталей разной толщины

По одному из способов делают проточку в более толстой детали, создавая равную толщину свариваемых элементов. Недостаток состоит в том, что трудно направить и удержать горелку над тонким слоем металла.

По другому способу устанавливают ободок со стороны тонкого металла. Сварку вести удобно, но ободок остается приваренным, что портит внешний вид детали.

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к способу лазерной сварки сильфонных и мембранных узлов. Изобретение может быть использовано в электронной, радиотехнической, приборостроительной и других отраслях промышленности.

Предшествующий уровень техники

Известен способ дуговой сварки деталей различных толщин из патента РФ №1127721, опубл. 07.12.1984, B23K 9/16, B23K 9/02, авторы Карпов А.Г., Оганджанян Ю.Г. Способ заключается в том, что на более толстой детали выполняют наклонный бурт, устанавливают под этот бурт более тонкую деталь и производят соединение деталей путем оплавления бурта, бурт завальцовывают на более тонкую деталь и оплавляют завальцованный участок.

Недостатком данного способа является высокая вероятность перегрева и прожога тонкой детали. При посадке цилиндрической части тонкостенной оболочки на более толстую деталь неизбежен зазор между сопрягаемыми поверхностями. При завальцовке бурта этот зазор будет уменьшаться с одной стороны посадочной части оболочки и увеличиваться с другой. Это создаст неодинаковые условия для теплоотвода от тонкой кромки на различных ее участках, что увеличит вероятность прожога тонкой кромки.

Известен способ сборки под сварку плавлением разнотолщинн 31/0 ых деталей в патенте РФ №1704991, опубл. 15.01.1992, B23K 0, B23K 33/00, авторы Казаков Ю.В., Корчагин П.В. По этому способу свариваемые кромки тонкостенной и толстостенной детали собирают внахлест, располагая сопрягаемую часть тонкостенной детали на толстостенной детали или внутри нее. Сопрягаемую часть свариваемой кромки толстостенной детали выполняют конусной с углом наклона 1-3°. Больший и меньший диаметры конуса как при внешнем, так и при внутреннем расположении тонкостенной детали определяют из предложенных соотношений так, чтобы получить соединение деталей с натягом. При внешнем расположении тонкой детали у основания конуса на толстой детали выполняют канавку, и после сборки кромку тонкостенной детали завальцовывают в канавку.

Однако при реализации этого способа опасность возникновения прожогов остается. Это связано с тем, что при повышении скорости сварки необходимо увеличивать силу сварочного тока, чтобы сохранить требуемую величину погонной энергии. При этом резко возрастает интенсивность газового потока с электрода, что увеличивает нагрев поверхности кромки тонкостенной детали. Увеличивается величина теплового расширения металла тонкой кромки, что приводит к ее местному короблению, вспучиванию, появлению зазора между деталями, тонкая кромка перегревается, образуется прожог.

В качестве прототипа способа был выбран способ сварки тонкостенных деталей с элементами арматуры из патента РФ №1428558, опубл. 07.10.1988, B23K 31/06, B23K 9/16, автор Ченцов В.И. Согласно способу кромки свариваемых деталей соединяют на одном уровне, удерживают и производят сварку.

Недостатком данного способа является отсутствие гарантированной герметичности и прочности сварного шва. Так как смещение дуги относительно привариваемой кромки может привести к нарушению стабильности формирования шва и образованию прожогов. Также отсутствие жесткой фиксации вспомогательного элемента способствует деформации конструкции, что может привести к появлению дефектов. В прототипе рассматривается способ сварки только для случая, когда диаметр тонкостенной детали меньше диаметра массивной арматуры. Данный способ не позволяет сваривать тонкостенную деталь большего диаметра с массивной арматурой меньшего диаметра.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа сварки деталей различного диаметра и разной толщины, который обеспечивает получение прочных и герметичных неразъемных соединений.

Технический результат заключается в повышении прочности сварного шва за счет реализации способа сварки с минимальным тепловложением, обеспечивающего соединение свариваемых деталей с помощью переходника.

Технический результат достигается тем, что в способе сварки деталей различного диаметра и разной толщины, при котором кромки свариваемых деталей соединяют на одном уровне, удерживают и производят сварку, согласно изобретению используют дополнительную деталь — переходник. На одном конце переходника формируют технологический бурт для соединения с тонкостенной деталью. На другом конце переходника выполняют центрирующую кольцевую проточку. Выполняют центрирующий кольцевой выступ на толстостенной детали под кольцевую проточку на конце переходника. После соединения и удержания фиксируют свариваемые детали прихватками, затем сваривают детали лазерным лучом. При этом лазерное излучение фокусируют на стык свариваемых деталей.

Совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата — минимальное необходимое тепловложение при сварке, которое снижает тепловое расширение металла тонкостенной кромки, исключает ее несплавление с толстостенной кромкой и обеспечивает минимальную деформацию при нагреве и усадке.

Формируют на одном конце переходника технологический бурт для соединения с тонкостенной деталью большего диаметра и кольцевую проточку для соединения с толстостенной деталью меньшего диаметра.

Формируют на одном конце переходника технологический бурт для соединения с тонкостенной деталью меньшего диаметра и кольцевую проточку для соединения с толстостенной деталью большего диаметра.

При сварке тонкостенной детали целесообразно применение стыкового соединения с отбортовкой кромок для обеспечения равномерного нагрева свариваемых кромок. В данном случае формирование сварного шва происходит за счет расплавления отбортованной кромки, причем ее величина такова, что позволяет получить качественный сварной шов. Изготовление технологической кольцевой проточки на конце переходника и технологического кольцевого выступа на конце толстостенной детали упрощает процесс сборки деталей и обеспечивает равномерное формирование сварного шва. Кроме того, соединение данного типа наиболее оптимально при сварке толстостенных деталей с применением концентрированных источников энергии.

На тонкостенной детали в виде сильфона подрезают поверхность, перпендикулярную оси сильфона до наружного диаметра по торцу, равного диаметру бурта переходника. Такое соединение сильфона и переходника обеспечивает равномерный нагрев свариваемых поверхностей.

Перед сборкой поверхности контакта свариваемых деталей подвергают ультразвуковой обработке в этиловом спирте. Этим доводят свариваемые поверхности до требуемой чистоты, и таким образом исключают влияние адсорбированных атомов внешней среды на качество шва. Без загрязнений качество шва улучшается.

При сборке обеспечивают плотный контакт свариваемых кромок, исключают образование воздушных полостей между кромками, наличие которых являются причиной прожога кромки тонкостенной детали. Отсутствие зазоров улучшает качество шва. Зазор в стыке более 10% от толщины тонкостенной детали не допускается.

Опытным путем было установлено, что увеличение зазора приводит к прожогу тонкостенной детали.

Перед сваркой выполняют прихватки. Прихватки выполняют лазерным лучом в точках, равноудаленных друг от друга, с энергией импульса не меньше 80% от основной энергии для сварки. Опыты показали, что использование энергии импульса от 80% до 100% основной энергии для сварки приводит к частичному оплавлению свариваемых кромок без взаимного перемешивания металла, то есть без образования сварных точек. Уменьшение энергии импульса меньше 80% не позволит оплавить металл и выполнить прихватку Прихватки выполняются с целью исключения возможных короблений и зазоров в процессе сварки. Затем выполняют сварку.

Читайте также:  Скатерть в интерьере гостиной фото

При проведении анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявлении источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. В результате поиска не выявлены технические решения с этими признаками. На этом основании можно сделать выводы о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показано соединение тонкостенной детали большего диаметра с толстостенной деталью меньшего диаметра с помощью переходника.

На фиг.2 показано соединение тонкостенной детали меньшего диаметра с толстостенной деталью большего диаметра с помощью переходника.

На фиг.3 показано соединение тонкостенной детали в виде сильфона с толстостенной деталью с помощью переходника.

Варианты осуществления изобретения

Как показано на фиг.1, для соединения тонкостенной детали 1 большего диаметра с толстостенной деталью 2 меньшего диаметра используют дополнительную деталь — переходник 3. На одном конце переходника 3 формируют технологический бурт 4 для соединения с тонкостенной деталью 1. На другом конце переходника 3 выполняют центрирующую кольцевую проточку 5. На толстостенной детали 2 выполняют центрирующий кольцевой выступ 6 под кольцевую проточку 5 переходника 3. Наружный диаметр кольцевого выступа 6 толстостенной детали 2 равен внутреннему диаметру кольцевой проточки 5 переходника 3.

На фиг.2 показано соединение тонкостенной детали 1 меньшего диаметра с толстостенной деталью 2 большего диаметра с помощью дополнительной детали — переходника 3. На торцах переходника 3 выдерживают все геометрические размеры проточки 5 и бурта 4. На толстостенной детали 2 выполняют кольцевой выступ 6 под кольцевую проточку 5 переходника 3.

На фиг.3 показано, что для соединения тонкостенной детали 1 в виде сильфона с толстостенной деталью 2 также используют дополнительную деталь — переходник 3. На тонкостенной детали 1 формируют кромку 7 путем подрезки одной из поверхностей тонкостенной детали 1 перпендикулярной оси тонкостенной детали 1 до наружного диаметра по торцу равного диаметру бурта 4 переходника 3. На торцах переходника 3 также выдерживают все геометрические размеры проточки 5 и бурта 4. На толстостенной детали 2 выполняют кольцевой выступ 6 под кольцевую проточку 5 переходника 3.

Импульсную лазерную сварку осуществляют следующим образом. Вначале выполняют сборку тонкостенной детали 1 с переходником 3 для каждого варианта конструкции. Перед сборкой поверхность контакта бурта 4 переходника 3 с кромкой 7 тонкостенной детали 1 подвергают ультразвуковой обработке в этиловом спирте. Тонкостенная деталь 1 и переходник 3 устанавливают в сборочно-сварочном приспособлении, обеспечивают плотный контакт бурта 4 переходника 3 с кромкой 7 тонкостенной детали 1, при этом зазор не превышает 10% от толщины тонкостенной детали 1. Сборочно-сварочное приспособление обеспечивает беспрепятственный доступ лазерного луча 8 и защитного газа в зону сварки. Для защиты сварного шва в процессе сварки от окисления используют инертный газ. Далее лазерный луч 8 направляют на стык бурта 4 и кромки 7 и осуществляют прихватку тонкостенной детали 1 с переходником 3 в точках, равноудаленных друг от друга, с энергией импульса не меньше 80% от основной энергии для сварки.

Сварку выполняют по стыку тонкостенной детали 1 и переходника 3. В процессе взаимодействия лазерного луча 8 с буртом 4 и кромкой 7 производят их нагрев и дальнейшее расплавление. В результате сварной шов формируют с равномерным оплавлением бурта 4 переходника 3 и кромки 7 тонкостенной детали 1.

Далее выполняют сборку толстостенной детали 2 с конструкцией из скрепленных тонкостенной детали 1 и переходника 3. Перед сборкой поверхность контакта кольцевой проточки 5 переходника 3 и кольцевого выступа 6 толстостенной детали 2 также подвергают ультразвуковой обработке в этиловом спирте. Толстостенная деталь 2 и переходник 3 вместе с приваренной к ней тонкостенной деталью 1 устанавливают в сборочно-сварочном приспособлении, обеспечивают плотный контакт проточки 5 переходника 3 с выступом 6 толстостенной детали 2. Для защиты сварного шва в процессе сварки от окисления используют инертный газ. Далее лазерный луч 8 направляют на стык кольцевой проточки 5 и кольцевого выступа 6 и осуществляют прихватку толстостенной детали 2 с переходником 3 в точках, равноудаленных друг от друга, с энергией импульса не меньше 80% от основной энергии для сварки.

Сварку выполняют по стыку толстостенной детали 2 и конструкции из тонкостенной деталей 1 и переходника 3. В процессе взаимодействия лазерного луча 8 с проточкой 5 и выступом 6 производят их нагрев и дальнейшее расплавление. В результате сварной шов формируют с равномерным оплавлением проточки 5 переходника 3 и выступа 6 толстостенной детали 2.

Таким образом, форма выполнения бурта 4 и кольцевой проточки 5 переходника 3 позволяет сваривать детали различного диаметра и разной толщины, обеспечивая при этом стабильное формирование сварных швов. В результате проведенных экспериментов было подтверждено, что при импульсной лазерной сварке тонкостенной детали 1 и толстостенной детали 2 сварные швы герметичны, не имеют наружных и внутренних дефектов. То есть обеспечивается минимальное необходимое тепловложение при сварке, которое обеспечивает минимальную деформацию при нагреве и усадке, исключает прожог тонкостенной кромки и ее несплавление с толстостенной кромкой.

Предложенный способ может быть использован в приборостроении, электронике и других отраслях промышленности для изготовления сильфонных и мембранных узлов, где предъявляются высокие требования по обеспечению герметичности сварных соединений. А также там, где в конструкции присутствует необходимость соединения деталей различного диаметра с помощью переходника и присутствуют повышенные требования к геометрии изделия и к качеству сварных швов. Предлагаемые варианты способа сварного соединения обеспечивают технический эффект, заключающийся в повышении качества сварных соединений. В целом, рассмотренные варианты способа могут быть реализованы на существующем в настоящее время оборудовании с использованием имеющихся материалов. Это доказывает работоспособность и подтверждает промышленную применимость способа.

Сварка – это сложный процесс соединения металлов через высокотемпературный нагрев. Здесь сочетаются законы электричества, теплопроводности, металлургии и химических состояний веществ. Без понимания этих законов могут возникнуть осложнения, которые приведут к разрушению сварного шва.

Чтобы снизить возможные риски, важно знать особенности сварки различных типов металлов. Это сэкономит время при сваривании и пост-обработке изделий, например полировке и шлифовании.

Особенности сваривания углеродистых сталей

Углеродистая сталь состоит из нескольких элементов, различающихся по химическому составу. Ключевым из них является углерод с незначительным добавлением примесей –кремния, фосфора или серы. Именно количество углерода оказывает большое влияние на свариваемость.

По содержанию углерода, которое колеблется в диапазоне от 0,1 до 2,1 %, различают 3 типа углеродистых сталей:

  1. Низкоуглеродистые – содержат менее 0,30 % углерода.
  2. Среднеуглеродистые – содержат около 0,30 %–0,60 % углерода.
  3. Высокоуглеродистые – 0,61%–2,1% углерода.

Низкоуглеродистая высокопластичная сталь обычно является наиболее легко свариваемой при комнатной температуре. Среднеуглеродистая сталь требует предварительного прогрева и последующей термообработки, чтобы не растрескался сварной шов. Для сварки высокоуглеродистой стали потребуется тщательный предварительный нагрев и последующая температурная обработка.

Следует учитывать и скорость охлаждения сварного шва. Углеродистая сталь с большим количеством углерода и другими элементами охлаждается медленнее, чем низкоуглеродистая.

Чтобы в сварной шов не попал водород, из-за которого в металле образуются поры, область сварки необходимо очистить от масел, краски, ржавчины или окалины.

Сварка низкоуглеродистых сталей

При газовой сварке низкоуглеродистых сталей в аргоне используют присадку в виде металлической низкоуглеродистой проволоки, чтобы в сварном шве не было пор

Стали с низким содержанием углерода свариваются лучше всего, причем без применения флюса. Для соединения деталей чаще всего используют ручную дуговую сварку электродами с различными типами покрытия или газовую сварку. Первый метод подходит для деталей толщиной более 5 мм, второй – для небольших тонких деталей менее 5 мм.

Читайте также:  Свежевыжатый свекольный сок польза

Как правило, для дуговой сварки низкоуглеродистых сталей используют электроды с рутиловым или кальциево-фтористорутиловым покрытием с добавлением небольшого количества железного порошка.

В таблице можно посмотреть марки электродов для сваривания рядовых и ответственных конструкций:

Рядовые конструкции

Ответственные конструкции

АНО-6, АНО-3, АНО-4, АНО-5, АНО-6, ОЗС-3, ОММ-5, ЦМ-7

АН-7, АНО-1, ВСП-1, ВСЦ-2, ДСК-50, К-5А, КПЗ-32Р, МР-1, МР-3, ОЗС-2, ОЗС-4, ОЗС-6, ОМА-2, РБУ-5, СМ-5, СМ-11, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УП-1/45, УП-2/45, УП-1/55, УП-2/55, Э-138/45Н, Э-138/50Н, ЭРС-1, ЭРС-2

Альтернативными методами сварки низкоуглеродистых сталей являются:

  • электрошлаковая сварка с использованием флюсов;
  • автоматическая и полуавтоматическая сварка;
  • сваривание с использованием порошковой проволоки.

После соединения деталей структуру конструкции нужно сделать равномерной. Для этого изделие нагревают до 400 °С и остужают на воздухе.

Сварка среднеуглеродистых сталей

Среднеуглеродистые стали используют в машиностроении для изготовления рельсов, осей и колес вагонов, несущих деталей. Сплавы металлов со средним содержанием углерода хорошо поддаются ковке.

Процесс сварки таких сталей проходит сложнее из-за разницы в прочности сварного шва и соединяемых деталей. Кроме того, вдоль шва могут образовываться трещины и поры. Чтобы стабилизировать баланс прочности, при сварке применяют электроды с низким содержанием углерода:

Перед сваркой детали предварительно прогревают до 400 °С. Величина температуры зависит от толщины деталей и количества углерода в них. Кроме того, в процессе сварки детали постоянно подогревают для ровного распределения температуры. При толщине деталей более 4 мм необходимо предварительно обработать кромки в зависимости от типа соединения.

Детали соединяют сваркой минимум в два прохода. При этом шов нужно вести равномерно, без разрывов. После сварки изделие медленно охлаждают в термостате или с помощью теплоизоляционных материалов.

Для среднеуглеродистых сталей применяют такие типы сварки, как:

  1. Ручная дуговая сварка с электродами. Предпочтительнее использовать сварочные материалы типа УОНИ, которые обеспечивают более стойкий сварной шов.
  2. Газовая сварка с помощью проволоки с содержанием углерода не более 0,2–0,3 %. Перед сваркой деталь необходимо прогреть до 200–250 °С.
  3. Сварка на малом токе с помощью проволоки с применением флюсов АН-348-А или ОСЦ-45. Флюсы насыщают шов кремнием и марганцем для усиления прочности.
  4. 4. Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом.

Сварка высокоуглеродистых сталей

Самые сложные стали для сварки – с высоким содержанием углерода. При соединении деталей образуется высокая концентрация мартенсита – твердого раствора, перенасыщенного углеродом. Мартенсит делает металл хрупким, что приводит к разрыву сварного шва после остывания.

При сварке высокоуглеродистых сталей следует использовать низковольтный электрод. Кроме того, предварительный нагрев металла до 300 °C замедляет процесс охлаждения и предотвращает концентрацию мартенсита. Последующий нагрев также уменьшит напряжение и усилит сварку.

Важно! Не допускается сваривать высокоуглеродистую сталь, если внешняя температура воздуха опустилась ниже 5 °C или на месте сварочных работ «гуляют» сквозняки.

Если все условия соблюдены, высокоуглеродистую сталь сваривают теми же способами, что и среднеуглеродистую. Для сварки можно применять и ацетиленовую горелку с расходом газа от 75 до 90 дм³/ч на 1 миллиметр толщины сварного шва.

Особенности сваривания легированных сталей

В легированной стали содержится хром, марганец, молибден, вольфрам, никель и другие элементы, которые повышают устойчивость к коррозиям, износам и твердость деталей.

По содержанию элементов легированные стали делят на 3 типа:

  • Низколегированные, содержащие не более 2,5 % легирующих элементов.
  • Среднелегированные, содержащие 2,5 %–10 %.
  • Высоколегированные – более 10 % элементов.

Сталь называется по тому элементу, который входит в ее состав, например молибденовая, хромистая или ванадиевая. В зависимости от объема содержания легирующих элементов для каждого типа стали используют определенные особенности сварки.

Сварка низколегированных сталей

Главный показатель свариваемости таких сталей – это сопротивляемость к появлению трещин после остывания металла. Низколегированные стали содержат небольшое количество углерода, никеля, кремния, серы и фосфора, что исключает появление разрывов в процессе сварки.

Для них используют следующие методы:

  1. Дуговую сварку с электродами типа Э-70 с фтористо-кальциевым покрытием с низким содержанием водорода. Величину сварочного тока выбирают в зависимости от диаметра электрода, его марки, толщины сварных деталей и типа соединения. Сваривают в один проход без разрывов с постоянным подогревом более 200 °С.
  2. Сварку под флюсом при постоянном токе обратной полярности с силой не более 800 А и напряжением дуги не более 40 В. Детали толщиной до 8 мм сваривают в один проход, для деталей с толщиной до 20 мм используют двухстороннюю сварку. Чаще всего для соединений без обработки кромок используют проволоку Св-08ХН2М.
  3. Газовую сварку в углекислом газе – характеризуется повышенным выгоранием легирующих элементов. Если для сварки используют углекислый газ, сварщик должен брать проволоку Св-08Г2С, Св-10ХГ2СМА, Св-08ХН2Г2СМЮ или порошковую проволоку. Если используют аргоновую смесь, оптимальным вариантом будет проволока Св-08ХН2ГМЮ.

Сварка среднелегированных сталей

Среднелегированные стали содержат никель, молибден, хром, ванадий и вольфрам и отличаются хорошим сочетанием прочности и пластичности за счет очистки от неметаллических элементов.

Прочность соединения сварных частей зависит от химического состава сварного шва. Баланс достигается за счет уменьшения доли легирующих элементов в сварном материале по сравнению с основным металлом. Крепкий на разрыв шов образуется, когда в него переходят легирующие элементы основного металла.

Для сварки используют низколегированные электроды, не содержащие органических элементов. Во время сварки важно не допустить воздействия на металл влаги или ржавчины, так как содержащийся в них водород снижает прочность сварного шва.

Для сварки среднелегированных сталей чаще всего применяют проволоки:

Основными методами сварки являются:

  1. Аргонодуговая сварка. Эффективна для соединения деталей толщиной 3–5 мм с применением неплавящегося электрода для достижения равномерной глубины проплавки.
  2. Газовая сварка ацетиленокислородом, которая позволяет добиться качественного и ровного шва.

Сварка высоколегированных сталей

При нагревании выше 500 °С в высоколегированной стали происходит выпадение карбидов хрома, из-за чего теряются антикоррозийные свойства. Чтобы восстановить их, деталь нагревают до 1000–1150 °С и быстро охлаждают

Ключевые характеристики таких сталей, которые влияют на качество сварки, – низкая степень теплопроводности и высокий коэффициент линейного расширения. Первая характеристика влияет на увеличение тепловой концентрации в месте соединения и проплавления металла. Высокое линейное расширение приводит к деформациям деталей и появлению трещин.

При этом высоколегированные стали считаются жаропрочными, хладостойкими и устойчивыми к коррозиям. Одну и ту же марку стали не используют для различных изделий, а значит и подход к сварке будет индивидуальным.

Надежнее всего для сварки использовать электроды с покрытием из молибдена, марганца или вольфрама, это повысит пластические свойства металла и снизит вероятность появления трещин. Перед сваркой металл необходимо подогреть до 200–300 °С и выше для сбалансированного распределения температур. После сварки металл также нужно термически обработать.

Для сварки высоколегированных сталей применяют:

  1. Газовую сварку с пламенем мощностью 70–75 дм 3 ацетилена/ч на 1 мм толщины металла. Ее используют для тонких деталей в пределах 1–2 мм. Здесь применяют низкоуглеродистую сварочную проволоку Св-02Х19Н9Т или Св-08Х19Н10Б с диаметром близким к толщине сварной детали.
  2. Ручную дуговую сварку – больше вариантов в выборе электродов. Чаще всего используют проволоку с фтористокальциевой обмазкой для получения шва нужного химического состава.
  3. Сварку под флюсом – для деталей толщиной 3–50 мм. Флюс замешивают на жидком стекле и наносят на кромки деталей. Сваривают после того, как флюс засохнет.
Читайте также:  Сборка душ кабины ниагара

Особенности сваривания меди и медных сплавов

Медь и ее сплавы отличаются высокой теплопроводностью, что затрудняет получение прочного сварного шва. Поэтому такие металлы сваривают с помощью методик высокотемпературного плавления. Чаще всего применяют:

  • дуговую сварку в защитных газах;
  • ручную дуговую сварку покрытыми электродами;
  • механизированную дуговую сварку под флюсом;
  • газовую сварку;
  • электронно-лучевую сварку.

Сварка в защитных газах

При таком типе сварки с минимальным содержанием примесей получается прочный сварной шов. Чаще всего применяют азот, аргон, гелий и их смеси. В качестве электрода используют неплавящийся вольфрамовый стержень, а для присадки – медную проволоку. Для азотной сварки на присадочную проволоку наносят борный флюс.

Ручная дуговая сварка

Выполняют на постоянном токе обратной полярности. Для медных листов толщиной до 4 мм не требуется разделка кромок, для листов до 10 мм применяют одностороннюю разделку с углом скоса 60–70° и притуплением 1,5–3 мм, для листов более 10 мм – Х-образная разделка.

При дуговой сварке используют электроды «Комсомолец-100», АНЦ/ОЗМ-2, АНЦ/ОЗМ-3, ЗТ и АНЦ-3. Сварку ведут по короткой дуге. Для металла толщиной в 5–8 мм требуется прогрев до 300 °С, при толщине 24 мм – до 800 °С. Для сплавов меди с никелем, бронзой и латунью применяют электроды ММЗ-2, Бр1/ЛИВТ, ЦБ-1 и МН-4.

Механизированная дуговая сварка под флюсом

Машина равномерно подает флюс, так что по окончании сварки получается идеально ровный сварной шов

Металл сваривают с помощью угольного или плавящегося электрода. Для угольного электрода применяют постоянный ток прямой полярности и флюсы АН-348А, ОСЦ-45, АН-20. Кромки металла собирают на графитовой подкладке, а поверх стыка кладут присадочный материал, как правило латунь. Таким способом удобно сваривать детали толщиной до 10 мм.

Для сварки с плавящимся электродом используют постоянный ток обратной полярности и флюсы АН-200, АН-348А, ОСЦ-45 и АН-M1. Если при сварке применяют неплавящийся керамический флюс ЖМ-1, дугу нужно запускать при переменном токе.

Этот способ удобен, потому что не требует предварительного прогрева металла. Для сварки чистой меди используют проволоку диаметром 1,4–5 мм из меди МБ, M1 или бронзы БрКМц 3-1, БрОЦ 4-3.

Для сварки латуни используют флюсы АН-20, ФЦ-10, МАТИ-53, бронзовые БрКМцЗ-1, БрОЦ4-3 и латунные ЛК80-3 проволоки.

Газовая сварка

Чаще всего применяют ацетиленокислородную сварку, с помощью которой достигается сверхвысокая температура пламени. Для газовой сварки используют флюсы с содержанием бора. Флюс наносят слоем в 10–12 мм на кромки и присадочную медную проволоку М1 или М2. Для сварки латуни рекомендуется брать проволоку ЛК80-3 из кремнистой латуни.

Электронно-лучевая сварка

Такой тип сварки эффективен в производстве медных изделий высокой чистоты, так как не допускается выпадение и осадок примесей. Альтернативным типом соединения деталей является плазменная сварка, которой «сшивают» металл толщиной до 60 мм. При сварке используют слой флюса или порошковую проволоку.

Особенности сваривания алюминия и алюминиевых сплавов

Главная особенность сварки алюминия и его сплавов – активная реакция металла с кислородом, при которой образуется оксид алюминия Al2O3 с повышенной температурой плавления в 2050 °С. При этом температура плавления чистого алюминия – всего 658 °С. Оксид остается в сварном шве и разрушает его структуру.

Второй ключевой момент – разрушаемость алюминия при температуре в пределах 600 °С. Важно учесть, что у алюминия нет переходного состояния и при сильном нагреве он становится жидким.

Эти проблемы решаются следующими путями:

  1. При сварке применяют флюсы и электроды со специальными покрытиями, которые растворяют Al2O3. После сварки остатки электродов и флюсов необходимо тщательно удалить с деталей.
  2. Для присадки используют проволоку из алюминия с 5-процентным содержанием кремния.
  3. Детали толщиной в 6–7 мм сваривают одним проходом без обработки кромок. Для сварки деталей толщиной более 7 мм на кромках делают скос до 60 градусов.
  4. Для сварки используют стальные подкладки, которые удерживают тепло в нужных точках.
  5. Алюминиевые детали толщиной более 20 мм предварительно прогревают до 400 °С.
  6. Начинают сварку при сильном постоянном токе обратной полярности, постепенно снижая его на 15 %.

Как правило, алюминий и его сплавы соединяют аргонно-дуговой сваркой. Для деталей толщиной до 10 мм используют неплавящиеся вольфрамовые или углеродные электроды, а для более толстых – плавящиеся стержни.

Алюминиевые сплавы представлены в 4 категориях:

  • алюминиево-марганцевые;
  • алюминиево-магниевые;
  • алюминиево-медные;
  • алюминиево-кремниевые.

Первый тип отличается повышенной прочностью и устойчивостью к коррозиям. Эти характеристики улучшаются, если использовать сплав алюминия и 5–6 % магния. Прочность дюралюминиевых сплавов повышается при закалке.

Алюминиевые детали толщиной до 4 мм сваривают через прямой стык без скоса кромок. При соединении необходимо оставить зазор не более 0,5 мм. Для более толстых деталей на кромках делают V-образный скос под 35 градусов.

Внахлест детали лучше не сваривать, так как между кромками будет затекать флюс, который вызовет коррозию металла. Перед сваркой кромки нужно обезжирить и очистить от оксида алюминия металлической щеткой или ортофосфорной кислотой.

Можно ли сваривать алюминий со сталью при изготовлении металлических изделий? Да, но нужно учитывать, что при сварке образуются хрупкие соединения, которые разрушают структуру стального шва. Проблему решают двумя путями:

  1. Используют биметаллические переходные вставки из алюминия и других металлов. При этом применяют сварку взрывом, прокатку, давление подогревом. Таким образом каждый тип металла приваривается к себе подобному.
  2. Используют алюминиевое покрытие стали с помощью погружения в расплавленный металл или припайку алюминия на стальную деталь. Кроме того, сталь можно покрыть припоем из серебра, а при сваривании использовать присадки из алюминиевых сплавов.

Особенности сваривания титана и титановых сплавов

Титан и его сплавы сваривают по специальным технологиям, так как данный металл ведет себя весьма специфично при различных температурах

Титан – металл с высокой температурой плавления – около 1600 °С. Считается одним из самых сложных металлов для сварки, так как в чистом виде активно реагирует с кислородом и азотом при нагревании до 400 °С. Поэтому зону сварки необходимо изолировать от воздействия атмосферного воздуха.

Для соединения титановых деталей нужна очень быстрая сварка без постепенного повышения температуры. Поэтому самым распространенным способом соединения титана и его сплавов является аргонная сварка на постоянном токе малой величины. Для нее не нужны электроды и флюсы, что исключает попадание в сварной шов посторонних соединений.

Титан и титановые сплавы сваривают в 2 этапа:

  1. Подготовка. Сварщик зачищает поверхность титановых деталей, удаляет различные оксиды. Детали обрабатывает соляной кислотой или фтором при температуре 60 °С. От попадания воздуха детали защищают медными или стальными прокладками.
  2. Сварка. В аргонную горелку вставляют вольфрамовый электрод. При появлении дуги образуется сварочная ванна с температурой до 6000 °С. Аргон обеспечивает дополнительную защиту от кислорода и азота.

При соблюдении всех требований у сварщика получается ровный и аккуратный сварной шов, который не требует дополнительной обработки.

В заключение стоит отметить, что для сваривания различных типов сталей требуется соответствующая квалификация сварщика. Например, начинающий сварщик легко справится со сваркой алюминия или низкоуглеродистых сталей. А вот сварить титан и его сплавы под силу опытному мастеру, который досконально знает все особенности процесса.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
ТурбоЗайм
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock detector