Что собой представляет сварка цветных металлов

Сварка цветных металлов и их сплавов, несмотря на более низкие температуры плавления, не так проста, как кажется на первый взгляд. Все цветные металлы и их сплавы обладают повышенной химической активностью при контакте с кислородом и покрыты оксидной пленкой, препятствующей качественному соединению деталей. При простом нагревании в воздушной среде химическая активность многократно возрастает и вместо сварного шва можно получить оплавленные края с толстым слоем оксидных пленок. Варка цветных металлов для литья тоже должна проводится в среде с ограниченным доступом кислорода.

Схема газовой сварки цветных металлов.

Наиболее популярные сплавы

В чистом виде цветные металлы применяются относительно редко. Современные технологии позволяют изготавливать огромное количество разнообразных сплавов в различных комбинациях с разнообразными физико-механическими свойствами. Наиболее распространенными, используемыми для изготовления деталей промышленных и бытовых устройств, являются сплавы меди, алюминия, никеля, цинка и титана.

Используемыми с древних времен сплавами из меди являются латунь и бронза. Такая сварка может использовать:

1. Простую латунь, которая представляет сплав меди с цинком. Медь является основным компонентом сплава, содержание цинка обычно около 30 %, в зависимости от требуемых свойств сплава ее размер может увеличиться до 50 %. Сложные латуни, кроме меди и цинка, содержат дополнительные компоненты.
2. Бронза представляет сплав меди с оловом. Классическое соотношение 85% меди и 15% олова. Еще используются сплавы с добавками к основному составу цинка, кремния, магния, свинца и других металлов в зависимости от требуемых свойств.

Подготовка к проведению сварочных работ

Схема сварки в среде инертного газа.

Перед началом работ детали необходимо подготовить. Поверхность в местах сварки необходимо зачистить металлической щеткой или шабером для удаления оксидной пленки, затем промыть в бензине или растворителе для удаления жиров. Из-за большой текучести сварку лучше проводить в нижнем положении. Детали необходимо зафиксировать, чтобы ширина шва не превышала двух миллиметров. Можно предварительно сделать прихватывающие соединения, а затем выполнить полную обварку.

Сварку необходимо проводить в среде инертных газов, защищающих сварочную ванночку от контакта с воздушной средой. Наиболее эффективным является азот, но можно использовать гелий, аргон и их смеси. Для создания дуги можно использовать угольные, графитовые и вольфрамовые электроды. Угольные электроды можно используются для сварки неответственных деталей небольших размеров. В остальных случаях нужно использовать вольфрамовые или графитовые электроды. Проволоку для сварки перед работой необходимо тоже протравить в растворе азотной кислоты или смеси соляной и серной кислоты.

Сварка алюминиевых деталей

Алюминий – наиболее распространенный элемент из таблицы Менделеева и самый употребляемый на земном шаре после железа. В отличие от меди, он намного чаще используется в чистом виде и имеет несколько классов чистоты. Но более широкое распространение получили сплавы на основе алюминия. Химический состав сплавов настолько разнообразен, что многие из них проще классифицировать по их свойствам. Наиболее известными и применяемыми сплавами являются дуралюмин, силумин, авиель.

Режимы сварки алюминия.

Детали из алюминия перед сваркой следует зачистить от окисной пленки, обезжирить растворителем или бензином. После механической очистки свариваемые поверхности необходимо протравить в водном растворе натра фтористого и едкого натра в пропорции 50 на 50 в течение 1-2 минут, затем выполнить промывку в горячей воде не ниже 50°С и холодной воде. После отмывки детали нужно поместить на две минуты в раствор азотной кислоты и опять тщательно промыть горячей и холодной водой. Сварка подготовленных деталей должна проводиться не позднее 4 часов после подготовки.

Проволока, используемая для сварки также должна быть обработана аналогичным образом. Для зачистки кромок и прилегающих поверхностей нельзя использовать абразивные материалы или наждачную шкурку. Перед началом работы детали нужно жестко зафиксировать, обеспечив минимальный зазор. При невозможности жесткой фиксации нужно соединить детали прихватками и затем полностью проварить шов. Сварка проводится в защитной среде из инертных газов неплавящимися или плавящимися электродами. Ручную дуговую сварку чистого алюминия и силумина можно выполнить специальными электродами серии ОЗА.

Технология изготовления электродов обеспечивает сварку во всех положениях с четко выраженным капельным переносом в сварочную ванночку и образованием легко отделяющегося шлакового покрытия.

Устройство сварочного инвертора.

Детали, изготовленные из сплавов на основе никеля, применяются в высокотемпературных устройствах с рабочей температурой 700-100 °С. Используются в газовых и паровых турбинах, конструкциях двигателей ракет. Особо можно выделить изделия из нихрома с высоким удельным электрическим сопротивлением, используемые для изготовления нагревательных элементов в промышленных и бытовых устройствах.

Сварочный процесс изделий из сплавов никеля затруднен большой чувствительностью к примесям и газам, создающим пористость сварочного шва. Низкая пластичность никелевых сплавов требует большой мощности при проведении сварочных работ. Свариваемые поверхности необходимо зачистить до блеска и удалить жиры ацетоном или растворителями на его основе. Применение бензина нежелательно.

Проведение сварочных работ

Сварку проводят в среде инертных газов с применением специальной проволоки. Свариваемые детали необходимо располагать на специальных подкладках с канавками. По канавкам должен проходить инертный газ для защиты обратной стороны шва от контакта с воздушной средой. Процесс нужно выполнять, накладывая тонкие слои и давая время на остывание деталей. После окончания работы желательно выполнить термический отпуск изделия для снятия остаточных напряжений.

Цинк как конструкционный материал в чистом виде не применяется. Основное использование – изготовление сплавов и антикоррозионных покрытий железных и стальных деталей. Свариваемость деталей с цинковым покрытием или содержанием цинка значительно снижена в прямой зависимости от количества. При сварке нужно использовать защитную газовую среду со стороны сварки и обратной стороны шва. Выбор режима зависит от размеров детали. Сварка выполняется неплавящимися электродами из вольфрама.

Титан и его сплавы нашли широкое применение в конце двадцатого века с развитием авиации и ракетостроения. В чистом виде он используется редко. Сплавы с применением легирующих элементов обладают высокой прочностью и значительно улучшают исходные свойства металла.

Основные характеристики покрытых электродов для сварки цветных металлов.

Подготовка деталей к сварке тоже начинается с механической зачистки или обработки в кислоте. При механической очистке можно использовать наждачную шкурку и металлические щетки с автоматическим вращением. Проволоку для сварки выбирают соответственно марке сплава.

Свариваемые детали нужно плотно сжать, контролируя, чтобы на поверхности не попали посторонние вещества. Сварочный процесс должен проходить в защищенной инертными газами или аргоном зоне с использованием электродов из вольфрама.

Особенности сварки цветных металлов требуют применения дополнительного оборудования и защитных средств для качественного выполнения работ и обеспечения безопасности сварщиков. Независимо от используемого метода при сварке цветных металлов и их сплавов на месте проведения должна быть мощная принудительная вентиляция рабочих мест. Соединения, образующиеся при сварке, вредны, а иногда и токсичны. При этом необходимо соблюдать индивидуальные меры безопасности: спецодежда, сварочные рукавицы, сварочный щиток или очки.

При сварке цветных металлов и их сплавов часто требуется предварительный прогрев деталей из-за повышенной теплопроводности. Подогрев можно проводить в специальных печах с контролем температуры.

Газовая сварка цветных металлов требует наличия баллонов с необходимыми газами в зависимости от выбранной технологии, понижающих редукторов для всех видов баллонов, шлангов необходимой длины и диаметра, горелки с комплектующими элементами и других необходимых компонентов.