Сварка цветных металлов и сплавов

Обновлено: 25.06.2024

При соединении деталей из цветных металлов, а также нержавеющей стали применяют либо аргонодуговую сварку, либо специальные электроды вместе с аппаратами для ручной дуговой. Реже – ацетиленовые посты, горелки с флюсами и присадками. Первый способ более предпочтителен: при меньших затратах получаются швы высокого качества.

Особенности сварки цветных металлов

Алюминий, медь, бронза, титан – материалы, значительно отличающиеся от стали и чугунов. При расплавлении жидкие сплавы способны поглотить множество вредных примесей, содержащихся в воздухе, что приводит к появлению дефектов – порам. Это значит, что зону сварки требуется надежно защищать. Углекислый газ, применяемый при полуавтоматической сварке черных металлов, не годится, поскольку алюминий при контакте с кислородом, содержащимся в смеси, будет образовывать пленку – оксид. Вредные процессы будут происходить также при работе с другими сплавами. Поэтому применение инертных газов – аргона или его заменителя гелия – обязательно. Такие смеси не вступают в реакцию с иными элементами (в отличие от активного углекислого газа), а только не дают проникнуть к сварочной ванне кислороду и посторонним примесям.

Преимущества аргонодуговой сварки цветных металлов

Кроме АДС, при работе с алюминием, медью и прочими сплавами можно использовать другие виды сварки: ручную дуговую и газовую. В первом случае понадобятся специальные электроды, во втором – ацетиленовый пост, горелка, присадочный материал и набор различных флюсов (паст), которые должны будут заменять инертный газ.

Минус использования алюминиевых и медных электродов – высокая их стоимость и необходимость правильного хранения при определенной температуре и влажности.

АДС – более универсальный вид сварки, позволяющий работать со всеми видами сталей, чугунов, цветных металлов при наличии оборудования с переключателем AC/DC.

При соблюдении технологии можно получить качественные и аккуратные швы.

Технология

Нормативные документы, принятые в России и ряде стран СНГ:

ГОСТ 14771-76 – общие сведения о сварке в защитных газах;
ГОСТ 14806-80, ГОСТ 27580-88 – АДС алюминия и его сплавов. Типы соединений, размеры элементов;
ГОСТ 10157-79 – о составе аргоновых смесей;
ГОСТ 23949-80 – о вольфрамовых электродах.

Принципы подготовки кромок к сварке аналогичны методам работы с черными металлами. Важным условием считается очистка алюминиевых поверхностей от прозрачной окисной пленки перед началом работ. Рекомендуется обезжиривать поверхности растворителями.

Основа технологии ручной АДС неплавящимся электродом заключается в расплавлении кромок вольфрамовым стержнем, присадочный материал подается вручную.

Маркировка вольфрамовых электродов по DIN EN 26848 (международный стандарт):

зеленый – WP: практически чистый вольфрам (более 99%);
серый – WC: присутствует примесь церия. Универсальные прутки для сварки любых металлов;
красный – WT: добавлен диоксид тория. Также считаются универсальными;
темно-синий – WY: в прутке есть диоксид иттрия. Для работы на постоянном токе прямой полярности. Используют при сварке титана, меди, сталей;
белый – WZ: с оксидом циркония. Пруток для работы на переменном токе – с алюминиевыми сплавами;
золотистый или светло-синий – WL: присутствует оксид лантана. Универсальные электроды. Такие стержни подтачивать требуется реже всего.

Электроды затачивают под острыми углами при сварке сталей, меди, титана. А при работе с алюминием особая заточка не требуется: при первом поджиге дуги на кончике образуется шарик, который будет затем воздействовать на сварочную ванну.

По ГОСТам вольфрамовые прутки нужно затачивать так, чтобы угол конуса был в диапазоне 27-30 градусов.

Необходимое оборудование и материалы. Подготовка вольфрамового электрода

Для работы понадобятся:

сварочный аппарат – разные марки предназначены для проведения работ с разными материалами. Если аппарат на выходе выдает постоянный ток, то варить алюминий им не получится. Производители выпускают универсальное оборудование с переключателем AC/DC. С его помощью допускается сварка любых сплавов;
баллон – для хранения и перевозки инертного газа аргона. Отличается серой окраской. Емкость от 5 до 40 литров;
редуктор – требуется для понижения давления на выходе из баллона до рабочих значений;
шланг и два хомута – для подсоединения баллона;
вольфрамовые электроды – неплавящиеся стержни, необходимые для расплавления кромок. Бывают специализированные (например, для работы с алюминием) и универсальные (подходят для всех сплавов). Отличаются друг от друга диаметрами, которые подбирают в зависимости от силы тока. Маркируются разными цветами.

Присадка выбирается в зависимости от типа свариваемых материалов: алюминиевая проволока, прутки из нержавейки, латунные, медно-никелевые стержни. На кончиках указана марка, состав используемого сплава нужно определить по каталогу.

Важно: при выборе сварочного аппарата нужно учитывать, что для работы с медью и алюминием (особенно с толщинами более 5-7 мм) требуется мощное промышленное оборудование – около 350-500 А на выходе.

Это ограничивает универсальность АДС, поскольку такие устройства нуждаются в питании 380 вольт.

Примерная стоимость сварочных аппаратов с переключателем AC/DC на Яндекс.маркет

До начала работы необходимо приготовить вольфрамовый пруток. Следует понимать, что при неправильной заточке могут возникнуть проблемы:

блуждающая дуга (хаотично перескакивает с одной кромки на другую) – проявляется при неравномерной заточке, наличии крупных рисок на поверхности;
непровар шва – угол слишком тупой;
электрод во время сварки быстро плавится – острый угол заточки.

Заточку производят на обычном точильном станке (круги с разной зернистостью) или с использованием болгарки.

Процесс сварки

Особенно важно правильно настроить аппарат. Силу тока, напряжение и диаметр вольфрама требуется подбирать в зависимости от типа материалов и их толщин. Установка вылета стержня из сопла зависит от типа соединения, рекомендуется придерживаться значений 1-2 мм. Но при сварке угловых швов приходится выдвигать больше. Если вольфрам быстро сгорает, нужно уменьшить вылет.

У многофункционального аппарата требуется на передней панели выбрать режим «TIG».

Баланс переменного тока (от +5 до -5) – настраивается при работе с алюминиевыми сплавами. Если варится «чистый» AL, то рекомендуется устанавливать отрицательные значения – подбирать путем экспериментов. В остальных случаях – от 50/50 до положительных цифр.

Опция «Заварка кратера» нужна для плавного угасания дуги после завершения шва. Помогает избежать дефектов. Устанавливается в зависимости от толщины детали. Например, если работа ведется с заготовкой 2 мм, достаточно установить значение 2-3 секунды.

Также необходимо настроить предварительную продувку перед сваркой и задержку отключения газа после отпускания кнопки. Это нужно, чтобы в процессе не появлялись дефекты – ни в начале шва, ни в его окончании. В неостывшем металле (без газовой защиты) могут появляться поры.

Режимы 2Т/4Т – 2Т используются чаще всего: после нажатия кнопки ток подается на электрод, после отпускания прекращает. 4Т – для длительной работы: после нажатия первый раз ток подается, при первом отпускании продолжает подаваться. Для выключения требуется нажать и отпустить кнопку второй раз.

Последовательность примерно одинакова при работе со всеми типами сплавов.

Подготовка материалов: требуется тщательно зачистить кромки, сделать скосы под сварку (если металл толстый), обезжирить поверхность ацетоном. Особенно важно подготавливать алюминий – на его поверхности образуется окисная пленка, которая мешает проведению работ.
Детали фиксируются зажимами, делается несколько прихваток.
Теперь можно проварить все швы.

зажигание дуги – если поджиг контактный, необходимо зажать кнопку на горелке и коснуться электродом одной из кромок детали. После этого быстро отвести вольфрам на 1-2 мм до возникновения дуги. Если поджиг бесконтактный, то прислонение к металлу не потребуется;
когда дуга уже горит, следует подвести вольфрам к стыку свариваемых кромок, дождаться образования сварочной ванны (ямки), присадочный материал аккуратно подавать в зону сварки. Допускаются небольшие поперечные колебания электродом. Присадка должна расплавиться и «улечься» в сварочную ванну. После этого нужно двигаться дальше вдоль кромок;
газ должен свободно обдувать место сварки, но не слишком сильно, чтобы не мешать расплавлению металла.

Справка: тонкие листовые материалы допускается варить без присадки. Для этого требуется устанавливать вольфрамовый электрод под таким углом, чтобы одна из кромок сама наплавлялась на вторую.

Аргонодуговая сварка – сложный процесс, требующий от сварщика внимательности и аккуратности. Соблюдение технологии необходимо для получения качественных и красивых швов.

Виды и особенности сварки цветных металлов и сплавов

При самостоятельной сварке цветных металлов необходимо знать особенности сплавов. Сложно сделать качественный шов на бытовом оборудовании, необходимо использовать тугоплавкие электроды, защитную атмосферу.

В процессе фазового перехода легкие компоненты улетучиваются, выгорают, это пагубно сказывается на состоянии шва. Он растрескивается. Тугоплавкие окислы – еще одна проблема. Иногда необходимо увеличить рабочий ток, чтобы пробить оксид. При сварке цветных металлов и сплавов нередко расплав становится слишком текучим, необходимо изолировать ванну расплава. Для некоторых сплавов необходимо ограничить не только контакт с кислородом, но и другими компонентами воздуха. Азот в качестве защитной атмосферы для некоторых сплавов не годится.

Технология сварки цветных металлов

Подготовительный этап заключается в удалении жирных пятен, очищении деталей от грязи. Окислы зачищают до блеска, свариваемые поверхности протравливают перед работой. На толстых деталях формируют кромки. Сварку цветных металлов и их сплавов проводят в нижнем положении, некоторые расплавы по текучести напоминают ртуть. Выбор электродов, режима работы зависит от химического состава сплава. При выборе сварочного аппарата необходимо правильно оценивать свариваемость сплава, учитывать температуру плавления, толщину заготовки.

Алюминиевые сплавы

Дюрали, силумин, авмель и другие сплавы на основе алюминия сильно различаются по свариваемости. Электродугой алюминий сваривают плавящимися и неплавящимися электродами, используют оборудование, генерирующее постоянный ток. Контакты подключают в обратной полярности. Рекомендуется предварительный прогрев заготовок:

толщиной до 8 мм – до 200°С;
свыше 8 мм – до 400°С.

Сваривают алюминий на токах до 200 А при толщине листа до 4 мм без предварительной разделки кромок. У заготовок свыше 4 мм края стачивают под углом, варят на токах, в 35-40 раз больше толщины заготовки (до 160 А). Газовую среду используют высококлассную, чтобы облако не смещалось с рабочей зоны в процессе образования и застывания шва. Расстояние между прихватками делают с учетом толщины заготовки:

Толщина заготовки, мм

Интервал между прихватками, мм

Тугоплавкий или угольный электрод, разжигающий электродугу, держат под прямым углом к присадке, чтобы исключить непровары корня шва.

Медь и ее сплавы

Медные сплавы, латуни, бронзы сваривают несколькими способами:

электродуговой сваркой в атмосфере азота;
ручной, полуавтоматической, автоматической аргоновой;
электронно-лучевой, создающей высокую температуру в ограниченной зоне.

При сварке цветных металлов толщиной до 2 мм нужен постоянный ток обратной полярности. В качестве присадки используют наплавочную проволоку с большим содержанием раскислителей. Толщину подбирают под размер свариваемых заготовок. Минимальный диаметр присадки – 1,5 мм, максимальный – 8 мм. Сварку меди и цветных сплавов с высоким ее содержанием, проводят:

ручным электродуговым методом током прямой полярности, варят металл короткой дугой, длиной от 35 до 40 мм, чтобы сократить разбрызгивание металла (рекомендуется избегать поперечных движений электродом);
в атмосфере аргона током обратной полярности; если сплав плавится до 400°С, бронзовая проволока укладывается в стык с большой скоростью, чтобы не перегревались заготовки.

В качестве флюса используют буру или смесь буры с борной кислотой, поваренной солью, метилборатом.

Никелевые сплавы

Цветные сплавы на основе никеля отличаются высокой вязкостью, пластичностью. Детали из никеля плавятся при 700–1000°С, процесс сопровождается насыщением сплавов газами, шов становится пористым, непрочным. Хотя никель устойчив к коррозии. При аргонодуговой сварке подбирают электроды с ниобием, кремнием, алюминием. В расплаве также желательно присутствие марганца, магния. Свариваемость металла повышается, образуется прочное соединение.

Для работы с никелевыми сплавами нужны сварочные аппараты, выдающие постоянный рабочий ток. Сварка никелевых цветных заготовок производится на токе обратной полярности, чтобы защитный газ ионизировался, электродуга становится стабильнее. При обратной полярности заготовка нагревается меньше, чем электрод. Это особенно актуально для заготовок небольшой толщины. Регулируя потенциал тока, можно уменьшить температуру заготовки.

Обработка титана

Титан в расплавленном состоянии бурно реагирует с тремя компонентами воздуха: кислородом, водородом, азотом. Необходимо снизить их содержание в защитной атмосфере до минимума. Газ должен быть качественным, если нужен надежный шов. Он должен остывать в защитной атмосфере, чтобы не образовывались трещины. Для сварки титана в промышленных объемах используются герметичные камеры. При ручной сварке необходимо экранировать рабочую зону, чтобы облако инертного газа не смещалось со шва, аргон или гелий, смеси должны быть первого или высшего сорта. Защитный газ за счет высокой плотности вытеснит воздух. Используется сварочное оборудование, генерирующее постоянный ток. Сварка цветного металла проводится током прямой полярности. Основная термическая нагрузка концентрируется на поверхности заготовки, корень шва углубляется, дуга поддерживается стабильно, металл меньше разбрызгивается.

Работы с магнием

У магниевых деталей проваривают полностью всю кромку. Для работы с заготовками толще 10 мм, необходимо мощное сварочное оборудование, работающее от трехфазной сети мощностью 380 В, генерирующее переменный высокочастотный ток. В периоды обратной полярности дуга пробивает оксидную пленку, она расплавляется. При работе рекомендуется использовать подкладки с низкой теплопроводностью.

Сварка магния и цветных металлов на его основе производится под атмосферной защитой гелия или аргона, он предохраняет расплав от насыщения азотом, шов не пузырится, на нем не образуется окалина. Подачу газа в рабочую зону начинают до розжига дуги, прекращают через 20 секунд после затухания, когда верхняя часть шва схватится.

Сплавы из свинца

Разница между температурой плавления оксидов и самого свинца более 500°С, свинец становится жидким при 327°С, оксиды нужно прогревать до 888°С. Учитывая повышенную текучесть свинца, приходится экранировать зону расплава сварочной ванночкой. Сверху горячий цветной сплав оберегают флюсы, в состав которых входит стеарин, канифоль. Этими же флюсами смазывают стенки сварочной ванночки, чтобы исключить прилипание к ней свинца.

Сварка разнородных цветных металлов

Сложность процесса заключается в ограниченной взаимной растворимости. При сварке цветных металлов и сплавов между собой используют несколько технологий, обеспечивающих надежность соединения:

шов формируют, воздействуя на детали импульсным электронным лучом, скорость прогревания заготовок увеличивается, при высокой температуре происходит схватывание деталей;
при сварке давлением цветной металл разогревается за счет энергии, выделяющейся при пластической деформации структурной решетки, концентрированная тепловая энергия скапливается в зоне контакта, детали не нужно дополнительно прогревать;
для сварки цветных разнородных цветных металлов используют промежуточный слой, сцепляющийся с заготовками, риск охрупчивания швов снижается;
в среде аргона проводят автоматическую, ручную и полуавтоматическую сварку разнородных цветных металлов, электрод держат перпендикулярно деталям, чтобы шов был качественным.

Защитный газ снижает степень окисления, насыщения цветного металла азотом и водородом. Высокотемпературные технологии внутреннего воздействия увеличивают скорость сварки. За счет текучести цветных металлов заполняются пустоты, стык проваривается насквозь. При подборе буферного слоя учитывают компонентный состав заготовок, температуру плавления сплавов.

Имея аппарат для аргоновой сварки, можно заниматься ремонтом деталей из цветных металлов самостоятельно. В промышленных условиях применяют передовые технологии, не позволяющие расплавленному металлу реагировать с воздухом.

Сварка цветных металлов. Применяемые ГОСТы. Особенности процесса, основные виды и технология их сварки

Требования, типы соединений и другая информация, относящаяся к процессу сварки цветных металлов, содержится в ГОСТах, обязательных для выполнения.

ГОСТы

Дуговая сварка алюминия и сплавов в инертных газах:

Дуговая сварка трубопроводов из меди и медно-никелевого сплава:

Отличительные черты

Сварочный процесс (тип соединения и технология) цветных материалов зависит от их свойств, а именно:

Некоторые особенности поведения цветных металлов и сплавов при сварке отражены в таблице.

Оборудование

Применяемое оборудование для сварки цветных металлов зависит от их вида и метода сварки.

К сварочным принадлежностям и инструментам относятся:

источник тока;
сварочный прибор;
дополнительные элементы и устройства (в зависимости от типа сварки);
кабель;
вещи сварщика (костюм, маска);
различные инструменты;
средства пожаротушения.

Технология процессов

Методы сварки цветных металлов выбираются в соответствии с их физико-химическими свойствами. При выборе способа учитывают наличие:

Также учитывается экономическая и техническая целесообразность метода и квалификация технологов и сварщиков.

Таблица свариваемых цветных металлов и применяемых типов сварки.

Наименование металла	Дуговая	Аргонодуговая	Электрошлаковая	Электронно-лучевая в вакууме	Газовая
Алюминий	+	+	+	+
Магний	+	+
Медь	+	+	+
Никель	+	+	+
Титан	+	+
Тантал	+	+
Цирконий	+	+
Гафний	+	+
Молибден	+	+
Вольфрам	+	+
Ниобий	+	+
Цинк	+	+
Серебро	+	+
Ванадий	+
Свинец	+	+	+

Подготовка к работе

Процесс подготовки к проведению сварочных работ цветных металлов зависит от вида соединяемых материалов и типа сварки.

Перед началом работы производится подготовка деталей. Выполняется зачистка плоскостей и кромок в соединяемых местах от загрязнений и пленки окиси. В случае необходимости поверхность обезжиривается, промывается и просушивается.

Сварка алюминия

Сложность процесса заключается в наличии на поверхности алюминия и его сплавов оксидной тугоплавкой пленки, которую перед началом работ необходимо удалить.

Наиболее часто применяемый вид – ручная и механизированная сварка в защитных газах. Особенности процесса:

электроды – вольфрамовые и плавящиеся;
инертные газы: аргон (1 или 2 сорта), высокой чистоты гелий или их смесь.

В соответствии с маркой сплава подбирается присадочная проволока.

Ручной аргонодуговой метод неплавящимся электродом применяется при толщине алюминия до 10 мм и ведется на переменном токе. Способ плавящимся электродом проводится в аргоне или смеси гелия и аргона, ток – постоянный, обратной полярности. Процесс механизированной сварки проводится с фторидно-хлоридными флюсами. Метод автоматической сварки по флюсу одним электродом выбирают при толщине алюминия 5-10 мм. При толщине, превышающей этот диапазон, берут расщепленный электрод, обеспечивающий надежный провар.

При работе с металлами более 10 мм толщиной уместен метод полуавтоматической сварки плавящимся электродом в среде защитного газа. В процессе работы швы большой протяженности разбиваются на небольшие участки.

Метод автоматической сварки вольфрамовым электродом в инертных газах может быть однодуговым (толщина материала до 12 мм) или трехфазным (более 12 мм). С целью получения высококачественных швов работу выполняют одним проходом.

Электрошлаковая сварка производится пластинчатым электродом. Ток — переменный, используют флюсы.

Особенности сварки ручной дуговой покрытыми электродами:

толщина алюминия – более 4 мм;
ток – постоянный, полярность – обратная.

Необходим предварительный подогрев металла.

Ручная дуговая сварка угольными электродами на постоянном токе прямой полярности применяется для соединения неответственных конструкций. На присадочный пруток и соединяемые кромки накладывается слой флюса.

Газовая сварка выполняется с флюсами, левым способом. Применяется для соединения элементов встык.

Соединение меди и никеля

Медь и никель относятся к тяжелым цветным металлам.

Сварка меди

Плохая свариваемость обусловлена:

чрезмерной склонностью к образованию трещин;
жидкотекучестью;
высокой теплопроводностью.

Поэтому основная сложность – получение сварного шва без трещин, пор и окисных включений.

Наиболее используемые методы сварки:

Ручная дуговая— проводится короткой дугой, электрод – плавящийся покрытый. Ток – постоянный, полярность – обратная. Сплавы до 4 мм соединяются без проведения подогрева. Медь толщиной 5-10 мм заблаговременно подвергается подогреву до 250-300° С.
В защитных газах проводится неплавящимся электродом. Ток – постоянный прямой полярности (для меди) и переменный (для бронзы). Дуга при работе защищается азотом, гелием, аргоном или их смесью.
Под флюсом угольными электродами используется для работы с малоответственными деталями, толщина которых менее 15 мм. Графитовые электроды используют при толщине выше 15 мм. Ток – постоянный, прямой полярности.

Сварка никеля

Дуговая вольфрамовым электродом (прямой полярности постоянный ток). Защитный газ – аргон 1 сорта, присадочная проволока с содержанием марганца. Сварка никеля толщиной более 4-5 мм проводится плавящимся электродом.
Механизированная под флюсом сварка (ток постоянный, полярность – обратная). Применяемые флюсы – бескислородные или безокислительные, реже – керамические.
Метод ручной дуговой сварки толстопокрытыми электродами (постоянный ток обратной полярности). Работа с тонким металлом производится угольным электродом с флюсом.
Газовая – для сварки деталей небольших размеров до 4 мм толщиной.

Сварка свинца

Основные причины сложности сварки свинца – его низкая температура плавления и образование тугоплавких окислов с высокой температурой плавления. Применяемые типы сварки:

Газовая ацетилено-кислородная. Применяют флюсы и присадочную свинцовую проволоку или полосы листового свинца.
Ручная дуговая угольным электродом в среде защитных газов неплавящимися и плавящимися электродами. Производится короткой дугой. Ток – постоянный, полярность – прямая.

Соединение сплавов из титана

Химическая активность материала к газам при высокой температуре является основной проблемой сварки титана. Поэтому при работе требуется защита от атмосферного взаимодействия всех участков материала, нагретого выше 500° С.

Дуговая в среде инертных газов неплавящимся и плавящимся электродом. С постоянным током прямой полярности. Газ – аргон или гелий.
Сварка плавящимся электродом проводится за два прохода с постоянным током обратной полярности.
Способ под флюсом производится на оборудовании с постоянным током, полярность – обратная.
Электрошлаковая с использованием бескислородных флюсов применяется для соединения титана толщиной более 40 мм.

Характеристика сварки меди и ее сплавов. Особенности и технология основных способов сварки

Сложность свариваемости меди заключается в особенностях материала:

высокая теплопроводность предъявляет особые требования к использованию источников нагрева с высокой тепловой мощностью;
большая текучесть в расплавленном состоянии заставляет выполнять работы в нижнем положении на специальных подкладках;
способность к чрезмерному окислению в расплавленном состоянии приводит к необходимости использования флюсов;
высокий коэффициент линейного расширения вынуждает принимать меры по защите от остаточных деформаций свариваемых конструкций.

Примеси, входящие в состав меди, влияют на ее свариваемость:

кислород понижает механические и технологические качества металла и коррозийную стойкость;
висмут и свинец образуют с металлом легкоплавкие эвтектики и придают хрупкость и красноломкость основному и наплавленному материалу.

В текучем состоянии водород сильно поглощается медью, что может привести к трещинам и порам в шве (так называемая «водородная болезнь»).

Подготовка меди

Перед сваркой проводится подготовка поверхности кромок и прилегающих участков шириной 25-30 см. Выполняется очистка от загрязнений и обезжиривание бензином, уайт-спиритом, четыреххлористым углеродом или ацетоном. После обезжиривания удаляется поверхностная пленка металла механическим способом (с помощью стальной щетки, столярного инструмента – шабера).

Элементы из меди, предназначенные для сварки, должны отвечать информации, изложенной в сертификатах, ГОСТах, технических условиях (марка, химический состав, свойства).

Медь для изготовления ответственных конструкций перед сваркой проверяется на вмещение кислорода (не более 0.01%), висмута и свинца. Во избежание проявления «водородной болезни» перед сваркой прокаливают электроды, что способствует снижению количества водорода в зоне сварки.

Чтобы предотвратить появление трещин в металле, свариваемые элементы не рекомендуется закреплять жестко.

Технологии способов сварки меди

Сварку меди проводят всеми методами плавления с учетом специфических свойств материала.

Ручная дуговая

Применяемые электроды — с защитным покрытием (фосфор, марганец, кремний). Режим — постоянным током обратной полярности. Работа проводится короткой дугой без поперечных колебаний. Качественное образование шва достигается возвратно-поступательным действием электрода.

Особенности сварочного процесса в зависимости от толщины меди:

до 4 мм — выполняется без подогрева и без разделки кромок;
5-10 мм – совершается с заранее выполненным подогревом до 250-300° С с односторонней разделкой кромок (угол 60-70°), притупление кромок — 1.5-3 мм;
большая толщина требует Х-образной разделки.

Электродные стержни сечением 3-6 мм подбирают тождественными основному материалу. После окончания процесса проводится проковка и быстрое водяное охлаждение.

Сварка с применением угольных или графитовых стержней

Метод ручной сварки угольными электродами уместен для медных изделий малой важности с толщиной до 15 мм. При большей толщине материала рациональнее использовать графитовые стержни. Режим: постоянный ток прямой полярности. Плотность тока — 200-400 А/см 2 . Электроды заточены на 1/3 длины на конус.

Рабочий процесс ведется длинной дугой. Присадка в ванну не погружается. Ее располагают в 5-6 мм от плоскости ванны. Угол к изделию — 30°. Стержень размещают по отношению к свариваемому предмету под углом 75-90°.

Ввиду того что образующийся в процессе работы углекислый газ не полностью защищает от окисления жидкий металл, используют присадочную проволоку с фосфорным раскислителем и флюс (бура и магний). Перед нанесением флюса в виде пудры поверхность прутка или кромок смачивают жидким стеклом. После покрытия флюсом рабочие элементы просушивают на воздухе.

медь толщиной до 4 мм соединяется без скоса кромок;
соединение металла встык толщиной более 5 мм сваривают на асбестовой или графитовой подкладке с разделкой кромок (угол 70-90°);
после сварки рекомендуется выполнить проковку шва (550-800° С) и быстро охладить в воде.

Ручной аргонодуговой способ

Сварка производится неплавящимся вольфрамовым электродом в режиме постоянного тока прямой полярности в среде защитного газа — аргона высокой чистоты.

Соединение металла толщиной более 4 мм проводится с применением предшествующего подогрева (до температуры 800° С). Применяется присадочный материал — медная проволока или медно-никелевая, бронзовая.
Медь сечением свыше 5 мм сваривается V- или Х-образной разделкой кромок (угол раскрытия 60-70°), направление — справа налево углом вперед. Наклон электрода к обрабатываемому предмету – 80-90°.

С учетом факта, что медь относится к материалу с плохими литейными качествами, важно правильно выбрать присадку. Рекомендуется сплав меди с раскислителями – цинком, оловом, фосфором.

Полуавтоматическая сварка

Метод уместен при сварке меди толщиной 2-3 мм и более. Режим – постоянный ток обратной полярности в газовой среде (гелий, азот, аргон) и их смесей с кислородом.

полуавтоматическая сварка швов 500-700 мм длиной выполняется непрерывно;
для швов большей длины применяется обратноступенчатый способ;
наклон горелки – углом вперед (10-15° от вертикали);
промежуток от свариваемого материала до сопла горелки составляет 20-25 мм;
расположение шланга с проволокой должно быть таким, чтобы не образовывались сгибы проволоки.

Сваривание сплавов

К сплавам меди относятся латуни и бронзы.

Сварку латуни проводят короткой дугой в режиме постоянного тока обратной полярности. После проведения процесса шов проковывается и отжигается. Также для сплава применяют методы сварки вольфрамовым электродом в аргоновой или гелиевой среде и угольной дугой. Проблемы при работе вызваны ядовитыми испарениями цинка, поэтому сварка латуни требует вентиляции рабочего места и применения респиратора.

Бронзы по свариваемости имеют отличительные особенности, поэтому технологические процессы различны. Химический состав присадочного материала должен быть идентичен составу свариваемого металла. Режим сварки — постоянный ток обратной полярности короткими участками. Тип электрода подбирается в зависимости от состава бронзы.

Медь с алюминием

Получение неразъемных соединений меди с алюминием достигается сваркой плавлением, давлением или совместным их действием. Предпочтение отдается методу давлением. Процессом холодной сварки получают биметаллические листы алюминий-медь (способ плакирования). Также имеется технология, сочетающая холодную прокатку с горячей. Другие применяемые способы сварки:

трением, оплавлением и сопротивлением (соединение круглых элементов сплошного и трубчатого сечения);
аргонодуговая;
термитная;
заливкой.

Дуговая сварка плавлением меди с алюминием имеет трудности, предопределенные свойствами этих материалов – значительной разницей температур плавления, высокой прочностью пленки окиси, ограниченной взаимной растворимостью металлов.

Медь со сталью

Соединение осуществляется сваркой плавлением:

ручной электродуговой плавящимися и неплавящимися электродами;
автоматической и полуавтоматической под флюсом;
в среде защитных газов; .

При толщине соединяемых деталей от 3 мм применяют автоматическую сварку стыковых и угловых швов под слоем флюса. Соединение меди со сталью толщиной от 1 мм проводится аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом.

Для получения сварочных соединений с узким швом применяют электронно-лучевой метод.

Как выполняется сварка цветных металлов и сплавов

Цветные металлы и их сплавы востребованы на производстве и в быту. В основном, в ход идут сплавы. Изготовление деталей соответствующего качества из подобных сплавов возможно посредством сварки. Но, на первый взгляд, сварка цветных металлов и сплавов — легкий процесс, не требующих особых усилий. Однако, это не так. О том, какие сплавы и из каких цветных металлов популярны, а также об особенностях их сварки мы постараемся рассказать подробнее.

Свойства цветных металлов

Цветные металлы практически не встречаются в чистом виде, зато востребованы сплавы из них. Основными направлениями применения таких сплавов в промышленности стали авиация, автостроение, химическая и пищевая отрасли. В домашних же условиях для сварки используют чаще медь, алюминий, никель и другие вещества.

При проведении сварочных работ по цветным металлам и сплавам необходимо учитывать их особенности, тип сваривания и другие нюансы:

Окисление. Цветные металлы и сплавы из них сильно подвержены влиянию кислорода, из — за чего впоследствии на их поверхности образуется оксидная пленка. Эта пленка препятствует прочному соединению и провоцирует образование трещин в шве.
Теплопроводность. Она проявляется в скором остывании свариваемых поверхностей. Для качественного соединения потребуется предварительный нагрев деталей или источники сильного тепла.
Температура плавления. Существуют металлы, у которых разная температура плавления со сплавами, в связи с чем высока вероятность испарения «легкого» элемента. Ускорение процесса поможет этого избежать.
Потеря прочности. В процессе нагревания цветные металлы могут разрушаться от слабого воздействия извне. Работать с такими веществами надо предельно аккуратно.
Взаимодействие с окружающей средой. В связи с особенностями данных металлов и их сплавов сварку стоит выполнять исключительно в среде защитных газов для достижения требуемого результата.

Учитывая указанные нюансы не стоит пренебрегать предварительной обработкой деталей к свариванию, а именно удалением оксидов с поверхности и обезжириванием краев соединения.

Алюминий

Алюминий по использованию в чистом виде находится на втором месте после железа, но и сплавы из него не менее популярны. Наиболее распространенные из них силумин, дюралюминий и авиаль.

Подготовка алюминиевых заготовок для сварки помимо зачистки и обезжиривания кромок включает в себя необходимость протравить детали пару минут в растворе фтористого натра (пропорции 50/50), окунуть на пару минут в азотную кислоту и промыть горячей и холодной водой. Этот же алгоритм позволяет подготовить присадку.

Ни в коем случае нельзя использовать для зачистки абразивные материалы.

По своим свойствам для скрепления алюминия подходит технология как ручной, так и автоматической сварки. При ручном методе необходимо контролировать угол наклона при подаче присадочной проволоки, и выполнять шов медленно справа налево. Автоматический вариант немного легче в исполнении и позволяет добиться шва выше качеством.

При обработке толстых алюминиевых заготовок оптимальным решением будет сначала выполнить точечные прихваточные швы, а основательную сварку производить после этих манипуляций.

Никель и медь

Сплавы на основе никеля в основном применяются для изготовления деталей, подвергающихся воздействию высоких температур. Подобные запчасти используют в паровых турбинах, ракетостроении и других отраслях, так как рабочая температура никелевых сплавов 700-1000°C градусов. В бытовых агрегатах самым популярным сплавом из никеля является нихром. Он используется для создания деталей к нагревательным элементам.

Из-за чувствительности никеля к газовой среде сварочный шов может получиться пористым, поэтому сварку стоит проводить плавкими электродами и на постоянном токе обратной полярности. Реже для сварки никелевых сплавов используется аргоновая сварка, но в этом случае электроды используют из вольфрама.

Медь и медные сплавы наиболее распространены в автомобилестроении для изготовления труб и емкостей разных размеров. Для этого металла также подходит любой метод сварки, но чаще всего это ручная дуговая сварка, либо обработка в среде инертных газов.

Ручной метод сварки предполагает как рабочую температуру до 400°С и обратную полярность тока, так и работу покрытыми электродами из угля и графита при токе прямой полярности.

Процесс сварки в защитной газовой среде состоит из использования газовой горелки, инертного газа и присадочной проволоки. В качестве защитного газа используется аргон, азот, гелий или смеси этих газов, а присадкой может быть пруток из меди или бронзы. Применение этого типа соединения обеспечивает минимальное попадание посторонних частиц в шов, а также дает возможность создать сплав высокой прочности и устойчивости к коррозии.

Титан и магний

Изделия из титана не так известны как другие соединения. В основном, титан встречается в виде сплавов, часто легированных для увеличения прочности. Широко применяется в авиационной и атомной промышленности, реже встречается в машиностроении.

Для зачистки титановых деталей перед сваркой допускается использование абразивных материалов. Но сам сварочный процесс требует внимательности для создания качественного шва. Для сварки титановых заготовок используется газовая защитная среда, но концентрация газов должна быть минимальной. При аргонодуговом методе газ должен быть высшего или первого сорта, а ток постоянным прямой полярности.

Чистый магний редкость из-за малой прочности. Однако путем легирования удалось приблизиться по прочности к стали. Магний и его сплавы сваривают в среде инертных газов вольфрамовыми электродами на переменном токе обратной полярности. Из газов предпочтительно использовать гелий или аргон, так как они прекрасно защищают поверхности заготовок от постороннего воздействия. Предотвратит попадание окисла в шов предварительное проплавление кромок деталей и прокладка между ними металла с низкой теплопроводностью.

Свинец

Свинец как материал весьма устойчив к коррозии в любой среде, в том числе и в серной кислоте. По этой причине он используется при изготовлении аккумуляторов, а также в обкладке сосудов для предохранения от коррозии.

В процессе сварки свинца и его сплавов главной проблемой становится то, что окисная пленка на поверхности плавится при температуре около 850°С, а сам металл уже при 327°С. Из-за такой большой разницы пи подготовке деталей из свинца к сварке пленку удаляют механически, а в процессе работы с этой задачей справляется флюс. Обычно в качестве флюса применяют стеарин, канифоль, либо смесь из этих материалов.

Для сварочных работ со свинцовыми сплавами оптимальна электродуговая сварка угольными и графитовыми электродами как при постоянном, так и переменном токе, водородная и ацетилен — кислородная сварка.

Сварка цветных металлов и сплавов имеет ряд оригинальных свойств, а также требует применения современных технологий, направленных на минимизацию нагрева и защиту поверхностей от постороннего воздействия и влияния окружающей среды. Во время сварки необходим тщательный контроль качества сварного шва для предотвращения попадания посторонних частиц и проявления коррозии.

Повышенная текучесть некоторых металлов напоминает о том, что не стоит пренебрегать защитной амуницией при проведении сварочных работ. Контроль качества соединений осуществляется на основе ГОСТа, который для каждого металла содержит отдельные требования.

Читайте также: