Сварка стали и меди: аргонодуговой, угольным электродом, газовая и другие

Содержание

аргонодуговой, угольным электродом, газовая и другие

Сварка меди со сталью является изначально сложной задачей. Применение того или иного технологического приема зависит от конструкции изделий, условий работы свариваемого соединения и требований, предъявляемых к ним.


Влияние особенностей меди на выбор способа её сварки со сталью

На выбор технологии сварки влияют следующие особенности меди :

  1. Высокая теплопроводность затрудняет точечный разогрев.
  2. Быстрая окисляемость провоцирует засорение металла шва, делая его неоднородным и менее прочным.
  3. Медь при расплавлении поглощает большое количество водорода, приводя к образованию в шве дефектов.
  4. Сильная растекаемость расплавленной меди приводит к необходимости вести сварку в нижнем положении с использованием подкладок.
  5. Очень сильно влияет на свариваемость меди качественный и количественный состав примесей, входящих в её состав.

Аргонодуговая сварка

Сваривание происходит при помощи электрической дуги в аргоне, т. е. в инертной среде, при использовании плавящихся или неплавящихся электродов. В качестве неплавящегося чаще всего используют вольфрамовый электрод. Подача присадки производится к зоне дуги извне, в электрическую цепь не подсоединяется. Аргонодуговую сварку обычно применяют для соединения небольших изделий.


Качество сварного соединения зависит от степени проплавления стали и будет более приемлемо при возможно меньшем количестве стали в получившемся шве. Это достигается корректной регулировкой нагрева и контролем плавления обоих металлов: большую температуру дуги концентрируют на меди, а сталь нагревается и оплавляется, благодаря тепловой энергии, поступающей от получившейся сварной ванны.

С учётом этой особенности для сварки меди с толстым железом предварительный прогрев не производят. При этом сварку лучше выполнять на флюсе. Чтобы предотвратить вытекание жидкого металла, при таком подходе используют соответствующие ограничители со стороны меди.

При использовании неплавящегося электрода используется постоянный ток прямой полярности и чистый аргон без примесей. Материал толще 4 мм приваривают после предварительного прогрева до 800°С. Сварку лучше вести, наклоняя электрод к свариваемому участку на 85-90°, при этом присадочную проволоку нужно наклонять на 15-20° , а вылет электрода поддерживать на 5-10 мм. Также очень важно правильно выбрать присадочный материал. Обычно используют различные сплавы меди.

Сварка угольным электродом

Данный вид сварки не гарантирует качественное соединение, поэтому угольные электроды оправданно использовать при малой толщине меди. На толщине более 15 мм целесообразнее применение графитовых электродов.

Работа выполняется постоянным током прямой полярности и ведётся длинной дугой с целью избежать нежелательного влияния на качество выделяющегося оксида углерода. Поддерживают расстояние от присадочного материала до ванны 5 мм, не погружая в ванну, под углом 30° к изделию. Угол электрода к рабочей поверхности в 70-90°.

Обязательно применение присадочного материала с фосфором, а часто и флюс. Слой флюса наносят на предварительно обработанные жидким стеклом свариваемые кромки и хорошо просушивают.

Детали из совсем тонкой меди приваривают угольной дугой. При необходимости сварить более объёмные детали также допустимо использовать угольный электрод, но обязательно использование присадочного материала, в состав которого входят борный ангидрид, борная кислота, бура. Этим же составом можно обмазывать электроды.


Газовая сварка

При ремонтных работах и при изготовлении тонкостенных изделий из стали и цветных сплавов широко используется газовая сварка. Газовой сваркой выполняются такие же виды сварных соединений, как и электродуговой сваркой. Особенностью процесса является то, что под воздействием струи кислорода газ нагревается до температуры, достаточной для плавки.

Этапы газовой сварки меди:

  1. Подготовительный этап. Зачистка кромок свариваемых деталей, совмещение компонентов изделия и фиксация деталей прихватками. Длина прихваток и их расположение определяется толщиной меди – от 4-6 мм прихватки располагаются на расстоянии 70–110 мм друг от друга, а при толщине меди до 15-25 мм с расстоянием между ними – до 450–550 мм.
  2. Правильная установка компонентов изготавливаемой конструкции. Для качественной сварки установка происходит с небольшим наклоном к горизонтали (порядка 15 градусов).
  3. Выбор режима сварки. Режим определяется толщиной свариваемых деталей. При толщине 3–4 мм выбирается мощность 150–175 л/ч на 1 мм толщины, а при толщине от 8 до 10 мм мощность горелки выбирается из расчета 175–230 л/ч на 1 мм.
  4. Процесс сваривания.
  5. Заключительный этап. Состоит из проковки шва и очистки его от остатков флюса. Делается это азотной или серной кислотой с последующим удалением остатков кислоты водой.

Другие виды сварки

Рассмотрим менее распространённые виды сварки:

  1. Сварка трением позволяет получить сварные соединения с прочностью на уровне основного материала.
  2. Сварка взрывом дает соединение высокой прочности. Метод применяется для получения слоистых листов и лент.
  3. Сварка прокаткой применяется для получения биметаллических листов и лент сталь + медь. Обычно соединение не уступает по прочности основному металлу.
  4. Контактная сварка обеспечивает интенсивность тепловыделения в зоне сварки и высокие градиенты температур.
  5. Ультразвуковая сварка деталей малых толщин. Колебания подводятся со стороны меди.
  6. Диффузионная сварка. Обеспечивает получение термостойких, вибропрочных сварных соединений при сохранении высокой точности геометрических размеров и форм изделий.
  7. Сварка плавлением. На сталь предварительно наплавляется слой другого металла или применяется промежуточная вставка.
  8. Электронно-лучевая сварка. Очень перспективная, но пока малораспространённая методика. Это относительно безопасный и экологически чистый метод, почти не подвергающий опасности здоровье сварщика.

Способы сварки меди с нержавейкой: ручная аргонодуговая, электродуговая, ультразвуковая

Преимущественные характеристики меди:


  1. Теплопроводность.
  2. Хорошая пластичность металла.
  3. Устойчивость к коррозиям.
  4. Электропроводность.
  5. Низкий коэффициент трения.
  6. Долговечность.

Отличительные особенности меди

Медь способна проводить тепло в шесть раз больше по сравнению с обычным железом. Из-за этого сварку необходимо производить с увеличенной тепловой энергией, а в некоторых случаях возможен даже предварительный подогрев основного металла.

В обычных условиях медь инертна, но в процессе нагревания она вступает в реакцию с кислородом, водородом, фосфором и серой. Кислород способен окислять медь при высокой температуре, а выше 900 оС скорость окисления значительно увеличивается. Это происходит из-за того, что в первоначальном составе меди содержится кислород в связанном состоянии. Закись меди образует эвтектику с меньшей температурой плавления (1065 оС). Температура плавления меди 1085 оС. Поэтому кислород, что содержится в ней, ухудшает ее положительные показатели.


Сложности сварки меди с нержавейкой

Наличие водорода и его выход в атмосферу имеет влияние на конечный результат сварки с нержавеющей сталью. Он может вызвать пористость меди и в дальнейшем образовать трещину в сварочном шве. Растворимость водорода зависит от температуры и парциального давления в атмосфере защитных газов. В процессе кристаллизации водород в меди растворяется в два раза быстрее, чем в другом железе.

В процессе сварки есть вероятность появления пористости в околошовной области из-за накапливания там водорода. Поэтому к свариваемому металлу предъявляют жесткие требования по содержанию в нем водорода. Электрошлаковый переплав и вакуумное плавление позволяют понизить содержание водорода в меди.

Сера в меди присутствует до 0,1%, растворяется в жидком виде, но нерастворима в твердой меди. На качество сваривания не имеет существенного влияния.

Из-за перечисленных выше свойств существуют определенные сложности сварки меди с нержавеющей сталью:

  1. Разный химический состав. Водород и кислород, присутствующие в меди, может существенно снизить качество сварочного шва.
  2. Разные коэффициенты теплопроводности (у нержавеющей стали он намного ниже).
  3. Разный температурный режим плавления: нержавейка плавится при 1800 оС, а медь при 1085 оС, активно вступая в реакцию с атмосферными газами.
  4. Коэффициент растворения меди в нержавейке имеет максимум 0,4%.
  5. В процессе формирования сварочного шва между сталью и медью формируется резкая граница из-за перенасыщения вкраплений из стали.
  6. Есть вероятность образования в стали слоя с микротрещинами, которые будут заполнены медью. Для избежания этого необходимо сварочную дугу немного перемещать на медную деталь: таким образом в область шва подается расплав меди.

Надежный и прочный сварной шов можно получить с помощью ручной аргонодуговой сварки. Наплавляя медный металл на нержавейку с использованием флюсов в сфере защитных газов, полученное соединение будет устойчиво к длительным статическим нагрузкам (не теряя своей пластичности). Перед началом сварки необходимо обработать кромки шва 10% раствором каустической соды.

Проще выполнить сваривание нержавейки с чистой медью, чем с дополнительными включениями. Встречается такой состав без примесей реже, поэтому выбор свариваемого способа и основная технология процесса сварки такая же, как и для других цветных металлов.

Основные способы сваривания меди с нержавейкой

Нержавейка и медь достаточно различны по своим составам, самый распространенный способ их сваривания – аргонодуговой. Также возможно применение электродуговой, совсем редко – ультразвуковой сварки.

Ручная аргонодуговая сварка

Данный тип сварки выполняется с повышенной силой сварочного тока, это вызвано высокой способностью меди к теплопроводности. В некоторых случаях допустимо применение стальной подкладки. Суть ручной аргонодуговой сварки – в образовании сварочного шва с помощью расплавления присадочного материала.

Использование газа аргона защищает сварочную ванну от негативного воздействия химических элементов атмосферы, таким образом убирается вероятность появления дефектов и брака в сварочном шве.

Для выполнения сварочных работ берутся неплавящиеся вольфрамовые электроды. Если вместо аргона используется другой газ (азот), то в этом случае необходимо применять графитовые электроды. Аргон на 38% тяжелее кислорода, что позволяет успешно вытеснять его из области сварки.

Аргонодуговая технология позволяет добиться содержания железа в сварочном шве до 10%. А если применить холодную сварку, то его содержание будет более 10%. Чтобы увеличить итоговую прочность шва, его дополнительно легируют с помощью цинка.

Необходимая техника:

  • инвертор или другой источник питания, подходящий для аргонодуговой сварки;
  • вольфрамовые электроды;
  • аргон;
  • редуктор;
  • присадочный материал;
  • защитные элементы (сварочная маска, перчатки и т. д.).

Электродуговая технология сваривания

Этот универсальный способ сваривания можно применять и для сварки меди с нержавеющей сталью. Электродуговую сварку необходимо выполнять с помощью источника большого тока с невысоким напряжением. Технология электродугового метода одновременно позволяет произвести плавку металла электрода (или присадочного материала) и соединяемого металла, вследствие этого формируется сварочная ванна.

Между электродом и металлом возникает дуговой разряд. Расплавление происходит за счет локального распределения тепловой энергии дуги, образовывая сварочную ванну и защитный шлак.

Необходимое оборудование:

  • источник питания;
  • плавящиеся или неплавящиеся электроды;
  • молоток, зубило;
  • металлическая щетка;
  • присадочный материал;
  • защитная одежда (маска, перчатки).

Ультразвуковая сварка

Данный вид сварки используется только в промышленных сферах. Сущность данного способа в преобразовании электрических колебаний в механические. Чаще используют для сваривания пластмассы, но возможно использование и для цветных металлов.

Оборудование:

  • источник питания;
  • кронштейн для крепления;
  • система преобразования колебаний;
  • привод для увеличения силы давления.


Сварка со сталью алюминия, чугуна и меди

Сварка разнородных металлов – возможна!

В процессе сварки однородных деталей взаимная диффузия и растворение материалов, а также образование жидких и твердых растворов происходит без каких-либо ограничений и сложностей. Однако совсем иначе дело обстоит со сваркой разнородных металлов. В данном случае приходится сталкиваться с металлургической несовместимостью деталей, которые имеют принципиальные отличия в характеристиках кристаллической решетки, а также разные температуры плавления и показатели теплопроводности. Именно поэтому прежде чем начнется работа и осуществится, например, сварка алюминия со сталью, необходимо рассмотреть совместимость используемых металлов и учесть трудности, которые могут возникнуть в процессе их соединения.

Практически невозможно сварить металлы, неспособные взаимно раствориться между собой в расплавленном состоянии: железо и свинец, железо и магний, свинец и алюминий. Эти пары в жидком состоянии практически не смешиваются и создают слои, которые при дальнейшем затвердевании могут быть без особого труда отделены друг от друга. Что касается легко поддающихся сварке разнородных металлов, то их количество довольно ограничено. К ним можно отнести титан и железо, медь и железо, титан и ванадий, алюминий и серебро.

На данный момент самыми востребованными являются конструкции, получаемые путем сплава стали с алюминием, чугуном или медью. Сварка этих металлов широко используется в авиационном строении, радиоэлектронике, производстве бытовых приборов. Оптимальные свойства некоторых конструкций возможны только благодаря применению деталей из комбинированных материалов, ведь именно в этом случае изделие будет совмещать в себе преимущества сразу двух металлов. Однако приступая к работе с разнородными металлами, важно учитывать особенности их взаимодействия.


Процесс соединения алюминия со сталью

Сварка алюминия и стали сопряжена с серьезными трудностями, которые возникают в связи с большой разницей температур плавления металлов и различиями в уровне их теплопроводности. На практике это выражается в том, что алюминий становится жидким еще до того, как сталь успевает прогреться, кроме того, шов получается недостаточно прочным. Чтобы соединить металлы с такими разными характеристиками и получить приемлемый результат, нередко используется диффузная, ультразвуковая, а также контактная с оплавлением и холодная сварка металла.

Покрытия для улучшения свариваемости

Проблемы, которые возникают при сварке плавлением алюминия и стали, вполне удачно решаются с помощью применения специальных покрытий. На сталь гальваническим или горячим погружением наносится металл, который обладает хорошей совместимостью со сталью. Чаще всего для этих целей используется слой цинка, который улучшает растекание алюминия. Кроме того, для сварки алюминия и стали применяется переходная вставка из тех же материалов, которая получается с помощью другого метода соединения, например, путем холодной ковки.

Теплофизические свойства материалов значительно затрудняют процесс сварки, при этом даже использование специальных покрытий и вставок не решает всех возможных проблем. Дело в том, что при соединении разнородных металлов на стыке могут образовываться интерметаллиды, которые отличаются чрезмерной хрупкостью. Чтобы избежать ненужных проблем, необходимо выбрать правильный режим сварки, который позволит избежать перегрева поверхности металлов. Если процесс произведен с учетом всех особенностей алюминия и стали, в результате проведенных сварочных работ появится надежное и долговечное соединение, которое, однако, лучше не использовать для конструкций, часто подвергающихся механическому воздействию.

Свариваемость чугуна и стали

Несмотря на то, что чугун и сталь обладают схожестью химического состава, процесс сварки этих металлов также характеризуется определенными трудностями. Дело в том, что чугун содержит большое количество углерода, а потому достаточно плохо поддается плавлению. Чтобы сварить эти разнородные материалы, используются специальные электроды. Для получения надежного и прочного шва перед обработкой детали следует тщательно зачистить, особенно это касается заготовки из чугуна, который легко впитывает различные технические жидкости.

Подогрев изделия в процессе работы

Чтобы соединить чугун и сталь, как правило, используется сварочный ток обратной полярности. Однако обратите внимание, что в случае применения аппаратов с высоким током холостого хода, необходимо использовать переменный ток. В процессе работы детали необходимо прогреть до 600 градусов по Цельсию. Такая температура позволит избежать чрезмерного расширения металла, которое нередко приводит к необратимой деформации материала. В результате сварочных работ, проведенных по описанной технологии, прочный герметичный шов образуется всего за один проход.

В случае, если подогрев заготовок невозможен, сварка чугуна со сталью производится несколько иначе. Когда необходимо соединить слишком большие детали или металл имеет легкоплавкие вкрапления, процесс сварки осуществляется с помощью коротких валиков, каждый из которых необходимо охлаждать перед использованием следующего. Стоит отметить, что данный метод сварки не обеспечивает должную прочность шва, поэтому для соединения чугуна и стали более предпочтителен метод, предусматривающий предварительный подогрев деталей.

Свариваемость меди со сталью

Определенные трудности в процессе соединения данных металлов возникают в связи с различием в уровне их теплопроводности, а также из-за низкой температуры плавления меди. Именно поэтому прежде чем приступать к процессу, следует учесть все особенности материалов и подобрать наиболее оптимальный способ сварки. Только в этом случае можно получить качественное соединение, которое будет обладать всеми необходимыми характеристиками.


Применение защитных газов

На самом деле медь и все ее сплавы довольно неплохо сваривается со сталью. Пожалуй, самым высоким качеством обладает соединение, которое производится путем аргонодуговой сварки. С ее помощью образуется шов, который характеризуется хорошей герметичностью и прочностью. Аргонодуговая сварка производится с применением вольфрамовых электродов либо плазменной струи и специальной присадочной проволоки. Обратите внимание, что в процессе работы дугу следует немного смещать к меди, что поможет предотвратить перегрев стали.

Сварка меди и стали также может быть произведена с помощью флюсов в среде защитных газов. В этом случае используют плавящиеся либо неплавящиеся электроды и проволоку. При наплавлении меди на сталь вполне эффективен дуговой метод сварки керамических флюсов, который позволяет добиться требуемой износостойкости и твердости материала. Данный вид работы предполагает использование плоских электродов.

Соблюдение технологии – гарантия качества

Сварка разнородных металлов – достаточно трудоемкий процесс, который осложняется существующими различиями в свойствах материалов. Однако если грамотно подойти к процессу и учесть все рекомендации, связанные с особенностями металлов, можно получить прекрасный результат в виде качественного и надежного соединения, которое будет обладать преимуществами всех его компонентов.


Технология сварки меди и её сплавов со сталью

Обычно сваривают медь со сталью в стыковых соединениях. Швы в таком случае могут быть наружными или внутренними. Выбор зависит от типа и назначения конструкции.

Соединять сталь и латунь лучше всего с помощью газовой сварки. Для соединения стали и красной меди используют электродуговую сварку электродами. Также качественного шва можно добиться с использованием графитовых электродов при соединении под флюсом или же газовой сваркой с помощью флюса БМ-1. Обычно при соединении латуни и стали медь используют как присадку.

Перед процедурой обязательно нужно подготовить кромки металла. При одинаковой толщине деталей подготовка осуществляется тем же способом, как и для черных металлов. Если лист металла имеет толщину менее 3 миллиметров, то разделка не требуется. Если более 3 миллиметров, то требуется скос кромок.

Если вы недостаточно зачистили место сварки или же скос кромок оказался мал, то качество шва будет плохим. Таким образом, при соединении металла с большой толщиной не нужно делать притупление при X- образной разделке.


Как осуществляется сварка меди со сталью?


На деле это довольно сложная задача. Но хороший сварщик с такой задачей все же справится. Используются такие соединения при производстве деталей химической аппаратуры. Один из встречающихся вариантов — это присоединение медного провода к стальной колодке. Показатели качества сварки таких соединений вполне достаточны для своей задачи. Для повышения прочностных характеристик медных изделий в состав вводят до 2% железа. Применять больший объем не рекомендуется, так как прочность начнет снижаться.

Для сварочных работ с помощью графитовых электродов применяется постоянный ток прямой полярности. При этом длина дуги электричества должна быть в пределах от 14 до 20 миллиметров, а напряжение от 40 до 55 вольт. Ток выбирают в зависимости от качества электрода и его диаметра. Обычно он бывает в пределах 300-550 ампер. Флюсы используются точно такие же, как для работы с медью. Их состав можно посмотреть на этой странице. Флюс следует засыпать между разделочными кромками в зону сварки.

Начинать сваривать следует слева. Самый лучший результат достигается при обработке «лодочкой». Осуществляется процесс следующим образом:

  • Сначала следует нагреть кромки медного изделия угольным электродом.
  • Затем происходит соединение частей в определенном положении присадочного прутка и электрода. Пруток должен быть наклонен против движения под углом 30-40 градусов к металлу. Электрод должен быть наклонен в направлении сварки под углом в 75-85 градусом.

Скорость сварки должна быть 25 сантиметров в час. Соединение меди и чугуна происходит таким же способом.

Для приваривания бронзы с низким содержанием легирующих элементов и толщиной до 1,5 миллиметра к стали до 2,5 миллиметров используется соединение внахлест. При этом используются неплавящиеся электроды из вольфрама и присадочная проволока 1.8 миллиметра. Она подается со стороны. Сама сварка осуществляется в среде аргона в автоматическом режиме. Обработка должна происходить со стороны медного элемента. Сила тока должна при этом составлять 190 ампер, скорость подачи проволоки 70 метров в час, а скорость сварки 28.5 метров в час. При этом напряжение электрической дуги должно быть 11.5 вольт.

Для присоединения меди или латуни к стальной заготовке применяется стыковая сварка с оплавлением. Этот способ позволяет добиться разной степени оплавления кромок, при этом цветные металлы плавятся меньше. Исходя из этого делают вылеты, равные:

  • 3.5 d для стали,
  • 1.5 d для латуни,
  • 1.0 d для меди.

Где d является диаметром стержней. Если вам требуется применить сварку встык методом сопротивления, то значения вылета должны составлять:

  • 2.5 d для стали,
  • 1.0 d для латуни,
  • 1.5 d для меди.


Приварка шпилек


Часто возникает потребность в присоединении шпилек диаметром 8-12 миллиметров из чистой меди или её сплавов к стали, или наоборот. В таком случае используют постоянный ток обратной полярности. Флюс при этом берется довольно мелкий ОСЦ-45. Подогрев не требуется.

Шпильки из меди или латуни Л62 до 10-12 миллиметров в сечении при силе тока 400 ампер довольно хорошо присоединяются к стальным или чугунным элементам. Латунь ЛС 59-1 не применяют.

Шпильки из стали очень плохо привариваются к меди или латуни. Более-менее нормального результата можно добиться при надевании на конец стальной шпильки кольцо из меди высотой 4 миллиметра и диаметров до 8 миллиметров. Для достижения хороших результатов рекомендуется использовать электроды К-100.

Сварка меди со сталью

При сваривании меди со сталью возникает, ряд проблем, которые следует учитывать. Эти проблемы в свою очередь возникают из-за особенностей физико-химического поведения меди, также ее взаимодействие с кислородом. Все эти факторы являются затруднительными для получения качественного сварного соединения. Также низкая температура плавления меди, поглощения ею газов и разность коэффициентов теплопроводности отрицательно сказываются на качестве получаемого соединения.

Но если учесть все особенности металла и выбрать наиболее подходящую сварку к тому или иному виду соединений, вполне возможно получить качественное соединение с высокими производственными характеристиками. Медь, а также медные сплавы с содержанием бронзы и латуни совершенно прекрасно свариваются со стальными деталями всеми известными видами сварки. Но, тут учитывая характеристики металлов свариваемых между собой, немного смешают, сварную дугу со стыка уводя ее в сторону от меди или ее сплавов.

При наплавлении меди на сталь с использованием флюсов в среде защитных газов, получается надежное сварное соединение, обладающее удовлетворительной пластичностью. Также получаемое покрытие получается достаточно равномерным при действии на него статической нагрузки.

Самое высокое качество соединений получается при наплавлении меди с помощью аргоннодуговой сварки. Это обуславливается тем, что содержания шва в железе минимально и составляет не более 10%, по сравнению с холодной сваркой оно в разы ниже, так как в том случае это значение достигает без малого половину соотношения содержания всех других металлов в получаемом шве.

Поэтому специалисты рекомендуют использовать аргонодуговую сварку для соединения меди и ее сплавов с другим сталями. Выполнять сварку необходимо вольфрамовыми электродами. А при необходимости осуществления наплавки меди на сталь рекомендуется использовать плазменную струю с использованием присадочной проволоки. Выполнение таким способом соединения отличаются высокой прочностью.

Также существует метод выполнения сварных работ дуговым методом под керамическим флюсом. Для качественного выполнения подобных работ необходимо использовать электрод, выполненный в форме лопатки и имеющий плоский вид.


Сварка стали с медью и медными сплавами



Рекомендуем приобрести:

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!


При нормальной температуре сплавы железа с медью представляют собой твердые растворы железа в меди (ε-фаза, содержание Fe≤0,2%), меди в α-железе (<0,3% Сu) и смеси этих растворов (α + ε). Растворимость меди в α-железе меньше, чем в γ-железе. При 20 °С при равновесных условиях в α-железе растворяется менее 0,3 % Сu. При 850 °С максимальная растворимость меди в δ-, γ- и α-железе составляет соответственно 6,5; 8 и 1,4%. Растворимость железа в меди уменьшается с понижением температуры с 4 % при 1094 °С до 0,4 % при 750 °С, при 650 °С падает до 0,2 % и с дальнейшим снижением температуры изменяется незначительно.

Введение углерода в железомедные сплавы несколько снижает растворимость меди. Марганец и кремний улучшают растворимость Марганец расширяет область γ-твердого раствора, в котором медь растворяется интенсивнее.

физико-химические свойства Сu и Fe близки (строение кристаллической решетки, атомные радиусы и т. д.), что дает возможность получения непосредственного соединения меди (медных сплавов) с железом (сталью). Осложняющим фактором является различие в температурах плавления, сильная разница в теплопроводности и теплоемкости, высокая сродство меди к кислороду, ее высокая жидкотекучесть, склонность к пористости, появление эвтектики Сu + Сu2O, охрупчивающей металл.

Типичным дефектом, сопровождающим сварку стали с медью (медными сплавами), наплавку, пайку сталей медьсодержащими припоями, т. е. процессы, в которых имеет место контакт стали с жидкой медью, является межкристаллитное проникновение меди в сталь (МКП). Дефект представляет собой трещины в виде «клиньев», заполненных медью, часто охватывающей группу зерен. Его глубина от 0,01 до 40 мм. Локализация в районе действия напряжения растяжения, у концентраторов напряжений. Частота появления дефекта от единиц до десятков на одном квадратном сантиметре. Дефект существенно снижает механические свойства стали (σ0,2, σв, σ-1, δ) и особенно пластические. Трудно или вовсе невозможно обнаружить его неразрушающими методами контроля. Избежать появления дефекта для многих марок сталей без применения специальных методов не удается. Механизм МКП объясняется на основе представлений об адсорбционном понижении прочности, межзеренной коррозии и диффузии под напряжением, расклеивающего действия жидкой меди. Исследования показали общность условий образования МКП меди в сталь и горячих трещин (ГТ) в стали.

Все пути и приемы, способствующие предотвращению появления ГТ в стали, способствуют и предотвращению МКП меди.

Сокращение времени контакта жидкой меди со сталью, ведение процесса в твердой фазе при возможно более низкой температуре, легирование металла шва элементами, повышающими стойкость ГТ, применение барьерных подслоек и подставок, повышение содержания ферритной фазы в стали способствуют предотвращению появления этого дефекта.

Сварка трением дает сварные соединения с прочностью на уровне основного материала в отожженном состоянии. Нет МКП меди в сталь, что связано со спецификой процесса: максимальные температуры развиваются на соединяемых поверхностях и обычно составляют 700—800 °С (ниже температуры плавления более легкоплавкого металла).

Сварка взрывом дает соединение высокой прочности. Появления пор и микротрещин в зоне сварки крайне редки. Поверхность контакта имеет чаще всего типичные для сварки взрывом волнообразный характер. Вблизи границы имеет место наклеп, а на стороне стали возможно появление в узкой зоне закалочных структур вследствие высокой скорости охлаждения. Толщина плакирующего слоя (медный сплав) обычно 4—10 мм. Отжиг при температуре 700—900 °С сваренных биметаллических листов приводит к росту пластических свойств, некоторому снижению предела прочности и уменьшению анизотропии свойств по площади листа. Метод применяется для получения слоистых листов и лент.

Сваркой прокаткой применяется для получения биметаллических листов и лент сталь + медь, сталь + латунь, сталь + монель-металл и других сочетаний. В большинстве случаев соединение равнопрочно основному металлу. В результате термической обработки (нормализация при 750 °С в течение 30 мин) биметалла сталь — медь в углеродистой стали наблюдается скопление углерода непосредственно у медного слоя, а вблизи ее находится зона, обедненная углеродом.

Диффузионная сварка позволяет получать сварные соединения медных сплавов со сталями на большой номенклатуре пар (БрОЦС5—5—5 + сталь 20ХНР, бронза БрОЦ10—10 + сталь 10, бронза БрОЦ8—12+сталь 12ХН3А, бронза БрХ0,8 + сталь Э, латунь Л59 + сталь, константан+12Х18Н10Т, бронза БрАЖМЦ10-3—1,5 + сталь 30ХГСА, медь М1 + армко-железо и т. д.).

Температура сварки зависит от состава медного сплава и лежит в диапазоне 700—1000 °С. Сварка меди МБ, МОБ, M1 с армко-железом ведется при 7—1000 °С. Этот температурный режим при соединении БрОСНЮ-2-3 со сталью 40Х вследствие наличия в сплаве свинца приведет к оплавлению поверхности уже при температуре 760—780 °С. В таких случаях целесообразна предварительная наварка на сталь медной прокладки малой толщины (порядка 1 мм) при температуре 900 °С, а затем сваркой получают заготовки с бронзой БрОСН10-2-3 при 7 = 750 °С. Сварка стали с медной прокладкой при предварительном нанесении на медь слоя никеля (200 мкм) повышает качество соединения и позволяет производить закалку стали. К применению прослойки никеля прибегают тогда, когда необходимо добиться повышения прочности соединения.

Контактная сварка ведется с применением подкладок под электрод, обеспечивающих интенсификацию тепловыделения в зоне сварки и высокие градиенты температур (например, листовой молибден толщиной 0,6 мм со стороны медного сплава при сварке стали 10 с латунью Л63).

Возможна ультразвуковая сварка деталей малых толщин. Колебания подводятся со стороны меди.

Сварка плавлением выполняется различными методами — ручная электродуговая плавящимся и неплавящимся электродами, полуавтоматическая и автоматическая сварка под флюсом и в среде аргона, электронно-лучевая, газопламенная и др.

Для получения качественных соединении используются различные приемы: процесс ведут с преимущественным плавлением медного сплава (смещение пятна нагрева на медь), используют концентрированный источник тепла, применяют наплавки и проставки из материалов, не склонных к образованию трещин и т. п.

При изготовлении изделий из листового биметалла, получаемого сваркой взрывом и прокаткой, соединения выполняются послойно. В случае, если глубина ванны превосходит толщину свариваемого слоя, возможен переход меди в стальной шов и стали— в медный. В местах расплава контакта меди со сталью может иметь место МКП меди. Все это ведет к ухудшению механических свойств и коррозионной стойкости биметалла. Для явлений прибегают к использованию специальной конструкции сварного соединения (рис. 33.2).


При сварке биметалла и его использовании в качестве проставки в результате нагрева в зоне перехода сталь — медь может иметь место снижение прочности. Термическая обработка такого материала показала, что кратковременный нагрев до 5 мин вплоть до 950 °С и длительный до температуры 250°С не оказывают существенного влияния на механические свойства биметалла. Это необходимо учитывать при выборе размеров проставки.

Aufhauser — Техническое руководство — Процедуры сварки меди

Введение

Медь и медные сплавы являются важными техническими материалами из-за их хорошей электрической и теплопроводности, коррозионной стойкости, износостойкости металл-металл и отличительного эстетического вида.

Медь и большинство медных сплавов можно соединять сваркой, пайкой и пайкой.В этом разделе мы поговорим о различных медных сплавах и дадим некоторые рекомендации о том, как соединить эти металлы без ухудшения их коррозионных или механических свойств и без появления дефектов сварных швов.

Основные группы медных сплавов

Чистая медь: 99.Минимальное содержание меди 3%.
Медь обычно поставляется в одной из трех форм:

  1. Бескислородная медь
  2. Кислород-подшипник медь (жесткий шаг и огневого рафинирования сорта) — примеси и остаточное содержание кислорода в кислородно-подшипникового меди может вызвать пористость и другие разрывы, когда эти котлы приварены или припаяны
  3. Медь раскисленная фосфором

Сплавы с высоким содержанием меди: (a) Медь, свободная для механической обработки — для улучшения обработки могут применяться низколегированные добавки серы или теллура.Эти сорта считаются несвариваемыми из-за очень высокой склонности к растрескиванию. Сварочные котлы соединяются пайкой и пайкой.
(b) Осаждение — закаливаемые медные сплавы — В медь можно добавить небольшие добавки бериллия, хрома или циркония, а затем выполнить сварку трением

аустенитной нержавеющей стали с медным материалом

1. Введение в нержавеющую сталь

Среди различных источники доступных материалов, выбор нержавеющей стали — один из важных классов инженерных материалов, рассмотренных в прошлом и настоящем сценарии.По химическим элементам нержавеющая сталь классифицируется на различные классы микроструктуры, такие как ферритная, аустенитная, мартенситная и дуплексная нержавеющая сталь (комбинация аустенита и феррита). Эти разные марки использовались в различных приложениях. Наиболее распространенные применения перечислены ниже:

  • Автомобилестроение и транспорт

  • Архитектура и строительство

  • Пищевая промышленность и общественное питание

  • Медицина

  • Энергетика и тяжелая промышленность

Это основная нержавеющая сталь, используемая в авиастроении.Марки серии 3xx часто называют аустенитной нержавеющей сталью. За каждой степенью следует указанная буква, которая представляет информацию о химическом элементе. Низкоуглеродистая аустенитная нержавеющая сталь обозначается буквой «L»; Высокоуглеродистая сталь с маркировкой «H»; Сталь азотсодержащая с маркировкой «N»; в некоторых случаях с модифицированным составом указано «LN» от основного сплава.

2. Сварка трением и ее значение

Сварка трением — это процесс соединения металлов путем непрерывного трения на границе раздела двух различных материалов, что приводит к рассеиванию тепла.Из-за непрерывного действия вращения тепло, генерируемое на границе раздела, приводит к деформации пластической стадии за счет преобразования механической энергии в тепловую энергию под давлением, что приводит к хорошей прочности сцепления материала.

Сварка трением более экономична и требует много времени, требует низких затрат энергии и высокой производительности с меньшими потерями материала при соединении разнородных металлов или сплавов. При сварке сталей трением на границе раздела сварных швов выделяется тепло в диапазоне температур от 900 до 1300 ° C.

3. Проблемы при сварке плавлением нержавеющей стали

В целом аустенитные нержавеющие стали легко свариваются [1]. Основываясь на физических свойствах ферритных, мартенситных и дуплексных нержавеющих сталей, аустенитная нержавеющая сталь значительно отличается от других [2]. В процессе сварки плавлением, особенно при сварке газом вольфрамом, электронно-лучевой и лазерной сварке, существует возможность неожиданного распространения фазы. Из-за металлургических изменений на границе раздела сварного шва возникнут фазовые изменения в образованиях дельта-феррита, зернограничная коррозия и сигма-фаза.Чтобы избежать этого, необходима предварительная и последующая термическая обработка для предотвращения металлургических дефектов [3–7]. Кроме того, при соединении аустенитной нержавеющей стали в криогенных или коррозионных средах количество феррита должно быть минимизировано или контролироваться, чтобы избежать ухудшения свойств во время эксплуатации. Помимо этого, он также может иметь шанс сенсибилизации в сварных швах плавлением [8–10].

4. Влияние сварки трением на аустенитную нержавеющую сталь

Благодаря высокой пластичности и отличной коррозионной стойкости аустенитная нержавеющая сталь может применяться в широком диапазоне применений.Несмотря на то, что нержавеющая сталь эффективно используется в коммерческих целях, во время сварки часто возникают проблемы. Многие исследователи работают.

Замечено, что публикации большинства исследовательских работ посвящены схожей и разнородной сварке аустенитной нержавеющей стали марки 300. По сравнению с процессом сварки плавлением, соединение аустенитной нержавеющей стали впоследствии увеличилось с использованием твердотельного процесса в течение последнего десятилетия.В процессе соединения металлов широкие категории переменных включаются в каждое обстоятельство, и, следовательно, стандартизация сварки трудно найти в промышленном аспекте, чтобы избежать таких трудностей, проводятся исследования, чтобы установить лучшие характеристики при сварке аустенитной нержавеющей стали.

5. Результаты исследований сварки трением аустенитной нержавеющей стали с другими комбинациями материалов

Многие исследователи работали в области сварки трением, которая фокусировалась на соединении одинаковых и разнородных комбинаций аустенитной нержавеющей стали с различными сплавами на основе металлов.Исследователи работали с разнородными комбинациями материалов, что привело к хорошей прочности сцепления с точки зрения качества при сварке трением [11–14]. Когда выполняется аналогичная комбинация аустенитной нержавеющей стали, значение прочности на растяжение уменьшается с увеличением давления трения [15]. Аналогичным образом Paventhan et al. [16] изучали усталостные характеристики при соединении среднеуглеродистой стали и аустенитной нержавеющей стали, проводя эксперименты с использованием испытаний на усталость при изгибе. Далее, Sammaiah et al. Провели экспериментальное исследование сварки трением алюминиевого сплава 6063 с аустенитной нержавеющей сталью AISI 304.[17] для определения корреляции между микроструктурой и прочностью соединения. Аналогичным образом Fu et al. [18] исследовали сварное соединение меди Т2 и нержавеющей стали 1Cr18Ni9Ti под действием внешнего электростатического поля и проанализировали распределение элементов в зоне сварного шва (WZ) в сварном соединении. Влияние параметров сварки на горячую коррозию исследовали Ариважаган и др. [19] для изучения сварных деталей и коррозии при повышенных температурах на AISI 4140 и AISI 304. Впоследствии Сахин исследовал характеристики пластически деформированной аустенитной нержавеющей стали с помощью сварки трением, используя статистический подход [20].В процессе сварки плавлением для соединения чистого Ti с нержавеющей сталью в металле сварного шва развивалось образование хрупких интерметаллических соединений. Эти проблемы приводят к ухудшению свойств сварных соединений. Muralimohan et al. [21] предприняли попытку ввести тонкую прослойку Ni, которая устраняет проблемы между Ti-SS, избегая прямого контакта между двумя основными металлами. Satyanarayana et al. [22] изучали влияние комбинации аустенитно-ферритной нержавеющей стали на микроструктуру и механические свойства.Сравнивается влияние прочности и вариаций и оценивается их поведение при изломе. Виниченко и Качоровский [23] исследовали изучение механических свойств и микроструктуры сварного трения высокопрочного чугуна с нержавеющей сталью, а также изучили морфологию разрушения и фазовые превращения при сварке трением. Они также показали некоторое обогащение ковкого чугуна атомами Cr и Ni вблизи сварного шва с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектрометрии.

Были проведены некоторые исследования схожих и разнородных комбинаций материалов из нержавеющей стали, чтобы понять поведение при ударе и растяжении при электронно-лучевой сварке и сварке трением [24].Влияние прочности на растяжение и удара при разной скорости нагружения исследовали Yokoyama et al. [25] на алюминиевом сплаве и нержавеющей стали с использованием сварки трением.

Однако сочетание аустенитной нержавеющей стали с медью очень ограничено. В этой главе показан простой и новый подход к определению параметров сварки с использованием конструкции Тагучи путем изучения ее механических и металлургических свойств.

6. Детали эксперимента

При исследовании учитываются разнородные соединения соединений аустенитной нержавеющей стали (304L) с медным материалом.В качестве материалов был выбран цилиндрический стержень диаметром 24 мм и длиной 75 мм. Поверхность хорошо отполирована и очищена ацетоном. Химический состав основных материалов, использованных в этом эксперименте, показан в таблице 1.

Элемент (%) C Si Mn P S Ni Cr Fe Zn Cu
AISI 304L 0.03 0,39 1,63 0,042 0,027 8,99 19,05 71,12
Медь 0,01 0,11 0,13 99,59

Таблица 1.

Химический состав основных материалов.

Такие факторы, как давление трения, давление осадки, длина прожига и скорость вращения, являются основными параметрами процесса сварки трением.Ортогональная матрица Тагучи — простой и очень полезный метод для систематического проведения экспериментов с использованием ограниченного количества экспериментов, необходимых для исследования. Факторы, учитываемые для экспериментов, перечислены в таблице 2.

Факторы Уровни
1 2 3
Давление трения (МПа) Давление трения 22 33 43
Давление осадки (МПа) 65 87 108
Длина выгорания (мм) 1 2 3 3 3 скорость (об / мин) 500 1000 1500

Таблица 2.

Экспериментальные факторы и их уровни.

7. Внешний вид поверхности сварного шва

На рис. 1 показан внешний вид комбинации нержавеющей стали 304L и меди, полученной сваркой трением. Сварное соединение между 304L и медным материалом показывает образование областей заусенцев, которые содержат преимущественно медь, как показано на Рисунке 3. Это происходит из-за более низкого напряжения течения меди, тепло, выделяемое во время сварки, делает медь более мягкой и начинает течь. с точки зрения образования заусенцев по сравнению со стороной из аустенитной нержавеющей стали.Из-за пластичности меди на медной стороне образуется заусенец меньшей длины, чем на стороне из нержавеющей стали.

Рисунок 1. Сварные соединения

304L SS-Cu.

8. Механические испытания

8.1. Испытание на растяжение

Механическое испытание проводилось на линии сварки путем разрезания сварных образцов. Испытание на растяжение проводилось при комнатной температуре на универсальной испытательной машине WAW1000E с максимальной нагрузкой 100 кН и скоростью ползуна 5 мм / мин.Сварные соединения были подвергнуты механической обработке для испытаний на растяжение в соответствии со стандартом ASTM E8, а прочность соединения была проанализирована в области сварного шва. Сканирующий электронный микроскоп (SEM) использовался для наблюдения за изломом поверхности образца, испытанного на растяжение, а также за типом излома, полученным для материала.

Входные параметры, разработанные на основе метода Тагучи, были использованы для оценки сварных соединений трением путем проведения экспериментов. Результаты прочности сварных соединений на разрыв приведены в таблице 3.Большинство образцов имеют трещины со стороны меди, а не со стороны аустенитной нержавеющей стали (Рисунок 2). Это связано с высокой пластичностью медного материала, которая приводит к разрушению медного материала. Из-за химической неоднородности и микроструктурных изменений значения прочности на разрыв могут иметь некоторые вариации со всеми входными параметрами.

90 135500 500 204 9018 9018 3 Медь

Тагучи L 27 ортогональный массив.

Рис. 2.

Образцы, испытанные на растяжение, на стыке 304L-Cu.

Среди всех образцов, изготовленных сваркой трением, образцы S21 и S7 получили наименьшее (183 МПа) и наибольшее (205 МПа) значения прочности на разрыв соответственно. Хотя UTS из 304L и основного материала Cu имеют 647 и 232 МПа, максимальное значение сварного соединения трением составляет 205 МПа. Это ясно указывает на то, что максимальная прочность на разрыв более или менее равна основному материалу меди.При более высоких трении и скорости вращения и низком давлении осадки наблюдалась минимальная прочность на разрыв. Точно так же более высокая прочность на разрыв была получена за счет увеличения давления осадки и скорости вращения сварного соединения. Когда скорость вращения увеличивается, неровности поверхностей сглаживаются за счет уменьшения фрикционного контакта с увеличением давления осадки. В результате материал становится пластичным и достигается полный контакт с поверхностью раздела другого материала. Следовательно, любые примеси, присутствующие на границе раздела, остаются задержанными с повышением качества сварного соединения.Анализ разрушения был проведен с использованием сканирующей электронной микроскопии (SEM) на образцах, испытанных на растяжение, которые показаны на рисунке 3. Он показывает узор ямок по всей ширине образца и подтверждает вязкий режим разрушения.

Рис. 3.

СЭМ-изображение образца с трещинами при растяжении на 304L-Cu.

Энергодисперсионный анализ рентгеновских лучей (EDAX) был проведен для изучения фаз, существующих на границе раздела сварных швов. Программное обеспечение позволяло направлять луч для сканирования вдоль поверхности или линии, чтобы получить рентгеновскую картографию или профили концентрации по элементам [20].СЭМ с анализом EDAX проводился на образце, разрушенном при растяжении. Микроструктура, полученная методом сканирующей электронной микроскопии, в соединении 304L-Cu, полученном сваркой трением, и результаты анализа EDAX приведены на рисунке 4, а распределение элементов в определенном месте показано в таблице 4. Анализ показывает, что диффузионные зоны состояли из атомов Cu и O на изломанная поверхность. Зона диффузии богата медью с массой 94,58%, за которой следует 5,42% О. Таким образом, зона диффузии с другим элементом была подтверждена с помощью медного материала.

Рис. 4.

Анализ EDAX образца на растяжение из 304L-Cu.

S. No FP (МПа) UP (МПа) BOL (мм) Скорость вращения (об / мин) UTS (МПа) Место разрушения
1 22 65 1 500 201 Медь
2 22 65 2 22 65 2 22 65
3 22 65 3 1500 192 Медь
4 22 87 1000 20136 5 22 87 2 1500 198 Медь
6 22 87 3 197 Медь
7 22 108 1 1500 205 Медь
8 22 22 Медь
9 22 108 3 1000 199 Медь
10 33 65 65
11 33 65 2 1000 192 Медь
12 33 65 1500 13 33 87 1 1000 198 Медь
14 901 36 33 87 2 1500 194 Сварной шов
15 33 87 3 500 193 193 108 1 1500 200 Сварной шов
17 33 108 2 500 199 Медь 3 1000 195 Сварной шов
19 43 65 1 500 192 Медь
20
20 187 Сварной шов
21 43 65 3 1500 183 Сварной шов
22 43 87 1 1000 194 Сварной шов
23 43 87 1500 2
24 43 87 3 500 188 Сварной шов
25 43 108 1 1500 19 1500 19 43 108 2 500 195 Сварной шов
27 43 108 3 1000 190
Итого
Элемент Вес (%) Атомарно (%)
OK 5,42 18,54
100%

Таблица 4.

Анализ EDAX в образце с трещинами при растяжении на соединении 304L-Cu.

8.2. Испытание на удар

Испытание на удар было проведено с использованием машины для испытаний на ударную вязкость по Шарпи с V-образным надрезом для измерения ударной вязкости соединений при комнатной температуре. Размер образца составлял 55 мм × 10 мм × 10 мм, и образцы были приготовлены в соответствии со стандартами ASTM. Образцы для испытаний были изготовлены из сварных блоков. Надрезы были подготовлены точно посередине стыка сварного шва. Поверхность излома испытанного на удар образца исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM).Эксперименты проводятся с использованием ортогональной матрицы Тагучи L 9 , и результаты испытаний на удар представлены в таблице 5.

90 135 500
Экспериментальный цикл Входные параметры Ударная вязкость (Дж / см 2 )
Давление трения (МПа) Давление осадки (МПа) Длина выгорания (мм) Скорость вращения (об / мин)
1 22 65 1 500 16
2 22 87 2 1000 70
3 22 108 3 3 3 4 33 65 2 1500 28
5 33 87 3 32
6 33 108 1 1000 8
7 43 65 1000 4 43 87 1 1500 30
9 43 108 2 500 38
.

Результаты испытаний на удар для соединения 304L-Cu.

Было обнаружено, что ударный образец S7 имеет чрезвычайно низкое значение 4 Дж / см 2 , а ударный образец S2 имеет максимальное значение 70 Дж / см 2 . Образцы, испытанные на ударную вязкость, показаны на рисунке 5. При высоком давлении трения и уменьшении давления осадки значение ударной вязкости на границе раздела сварных швов значительно снижается. Из-за низкого давления осадки сильно нарушается поверхность раздела, имеющая неровности, и прочность соединения.В то же время, если оно увеличивается с давлением осадки и уменьшается с давлением трения, значение ударной вязкости резко возрастает.

Рис. 5.

Образцы, испытанные на ударную вязкость, для соединения 304L-Cu.

Из-за увеличения тепла во время трения образуются интерметаллические слои, что приводит к плохой прочности сварного шва. Основываясь на эксперименте, энергия, поглощенная материалом, связана с накоплением частиц меди на стороне нержавеющей стали, а не с низкой энергией, поглощаемой материалом.Поверхность излома испытанного на удар образца исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) для изучения поведения материала при различных увеличениях. Трещина демонстрирует пластичный режим разрушения с крупными углублениями, проявляемыми в медном материале, при разном увеличении, показанном на Рисунке 6. Вязкость выше при низком давлении трения в результате более высокой деформации и разрушения, происходящего на некотором удалении от границы раздела, о чем свидетельствует показывая пластичное разрушение.Это подтверждает аргумент о том, что соединение имеет хороший интерфейс, который имеет хорошую прочность.

Рис. 6.

СЭМ-изображение образца с ударным изломом на стыке 304L-Cu.

СЭМ

с анализом EDAX показан на Рисунке 7, а их наблюдаемые элементы перечислены в Таблице 6. Зона диффузии, наблюдаемая на образцах, испытанных на ударную вязкость, показывает, что в образце с трещинами присутствует богатая Cu, которая наблюдается в медном материале, а не в нержавеющей стали. материал.

Рисунок 7.

Анализ EDAX ударного образца из 304L-Cu.

Элемент Масса (%) Атомарно (%)
OK 3,61 12,90
Si K Cu K 96,07 86,45
Всего 100%

Таблица 6.

EDAX-анализ образца с ударным разрушением на стыке 304L-Cu.

8.3. Испытания на твердость

Измерения микротвердости по Виккерсу были выполнены поперек сварного шва на всех образцах для определения прочности в трех микроструктурных зонах, таких как зона сварного шва (WZ), зона основного металла (BMZ) и зона термического влияния (HAZ) в соответствующих материалы. Испытание на микротвердость по Виккерсу проводилось на границе раздела сварного шва с использованием нагрузки 500 г и времени выдержки 15 с вдоль границы раздела сварного шва. Измерения микротвердости по Виккерсу проводили в соответствии со стандартами ASTM E384-09 и ASTM E407-99 соответственно.Значения твердости берутся в каждом месте, в то время как для анализа берется среднее значение трех измерений.

В случае твердости сварного соединения аустенитной нержавеющей стали и меди было невозможно измерить твердость в зоне сварного шва, поскольку сварной шов представляет собой просто липкую мягкую зону. Изменение твердости было получено с использованием нагрузки 500 г путем испытания на микротвердость по Виккерсу и с учетом мест измерения с интервалом 0,5 мм. Вариации твердости по горизонтали до центра на стыке сварных швов показаны на рисунке 8.

Рис. 8.

График твердости соединения 304L-Cu.

Можно заметить, что значения твердости меди вблизи границы раздела сварного шва немного увеличиваются по сравнению с основным материалом меди. В то же время, значение твердости нержавеющей стали 304L немного снизилось вблизи границы раздела сварного шва по сравнению с основным материалом из нержавеющей стали. Из-за рассеивания тепла на границе раздела сварного шва возникают интерметаллические слои и температуропроводность, что вызывает колебания твердости.

9. Металлографические исследования

9.1. Оптическая микроскопия

Исследование с помощью оптического микроскопа было проведено для изучения поведения зерен на границах раздела и участках термического влияния. Микроструктуры исследовали путем разрезания образцов сварных швов параллельно радиальному направлению, и образцы были подготовлены в соответствии со стандартными металлографическими процедурами. Сваренную поверхность образцов шлифовали шлифовальной бумагой 1200 и полировали алмазной пастой 1 мкм, а образцы протравливали регентом аллеллы (5 мл HCl, 1 г пикриновой кислоты, 100 мл этанола и 2 капли зефирана).Образец хорошо отполирован и протравлен 10% -ной щавелевой кислотой. Сварное соединение было исследовано с использованием металлургического микроскопа, и микроструктурные характеристики были проанализированы в основном металле, зоне термического влияния (HAZ) и зоне сварного шва.

На рис. 9 представлена ​​микрофотография, показывающая микроструктуры в области сварного шва, а также зону термического влияния и основной металл на границе раздела. Из-за тепла, приложенного во время сварочных операций, толщины заусенцев менялись друг от друга, что приводило к пластической деформации на границе раздела.Благодаря цилиндрическим стержням с круговой геометрией скорость вращения влияет на давление трения от центра сварного шва к поверхности образца в радиальных направлениях. Основной металл меди наблюдался с крупными альфа-зернами и зоной термического влияния, и зерна были рекристаллизованы из-за тепла, генерируемого на границе раздела области сварного шва. В аустенитной нержавеющей стали основной металл наблюдался с частицами карбида и отожженными двойниковыми границами, тогда как в зоне термического влияния появлялись рекристаллизованные зерна.

Рис. 9.

Наблюдение за микроструктурой сварных образцов (a) аустенитная нержавеющая сталь, (b) медь и (C) граница раздела сварных швов.

9.2. Атомно-силовая микроскопия

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) — мощный метод, позволяющий осуществлять прямое пространственное картирование морфологии поверхности с нанометровым разрешением. Изображения шероховатости снимались встроенным оптическим микроскопом и обрабатывались в режиме постукивания с использованием кремниевых зондов. Топографические и фазовые изображения были получены одновременно с резонансной частотой приблизительно 300 кГц для колебаний зонда и амплитудой свободных колебаний 62 ± 2 нм.Микроструктура межфазного слоя разнородного материала видна с помощью атомно-силовой микроскопии. Максимальная шероховатость составляет 45 нм для 304L, 236 нм для меди и 246 нм на границе раздела. Максимальная шероховатость в межфазной зоне примерно равна шероховатости меди.

Из графика шероховатости и трехмерных изображений (Рисунок 10) было замечено, что разница между средней шероховатостью разнородного материала очень мала и незначительна в области границы раздела. При изучении размера шероховатости исходные материалы SS 304L и меди имеют пики в диапазоне 15–35 и 30–90 нм соответственно.В зоне сварки появился пик в диапазоне 60–130 нм, показывающий значительное увеличение шероховатости.

Рис. 10.

Гистограмма АСМ и трехмерное изображение для 304L-Cu (a) аустенитная нержавеющая сталь, (b) медь и (c) интерфейс сварки.

10. Заключение

В данном исследовании учитываются сварочные характеристики при различных параметрах сварки. По механическим и металлургическим характеристикам сварки трением аустенитной нержавеющей стали и меди можно сделать следующие выводы.

  • Во время сварки трением металл имеет тенденцию к уменьшению длины меди из-за образования заусенцев, а не со стороны нержавеющей стали.

  • Максимальный предел прочности на разрыв составляет 205 МПа. Прочность сцепления достигается приближением к основному материалу из медного материала при увеличении давления осадки.

  • Энергия, поглощенная сварным образцом, варьируется от 4 до 70 Дж / см 2 . Прочность соединения в основном зависит от одного из важных параметров сварки, называемого давлением осадки.Такое заявление хорошо подходит для текущего исследования воздействия. Когда давление осадки снижается, ударная вязкость значительно снижается до 4 Дж / см 2 . Но в случае высокого давления срыва результирующее значение резко увеличивается до 70 Дж / см 2 .

  • Результат измерения микротвердости 304L-Cu

Сварка медных сплавов

Медь и медные сплавы предлагают уникальное сочетание свойств материала. что делает их выгодными для многих производственных сред.Они есть широко используются из-за их отличной электрической и теплопроводности, выдающаяся устойчивость к коррозии, простота изготовления и хорошая прочность и сопротивление усталости. Другие полезные характеристики включают искроустойчивость, износостойкость металл-металл, свойства низкой проницаемости и отличительный цвет.

Сварочные процессы

На производстве медь часто соединяют сваркой. Дуговая сварка процессы имеют первостепенное значение. Дуговая сварка может выполняться с использованием дуговая сварка в среде защитного металла (SMAW), газо-вольфрамовая дуговая сварка (GTAW), газовая дуговая сварка (GMAW), плазменная дуговая сварка (PAW) и под флюсом дуговая сварка (SAW).

Процессы дуговой сварки. Медь и большинство медных сплавов могут быть соединены дуговая сварка. Сварочные процессы, в которых используется газовая защита, обычно предпочтительнее, хотя SMAW можно использовать для многих некритических приложений.

Аргон, гелий или их смеси используются в качестве защитных газов для GTAW, PAW и GMAW. Обычно при ручной сварке используется аргон. материал имеет толщину менее 3 мм, имеет низкую теплопроводность или и то, и другое. Гелий или смесь 75% гелия и 25% аргона рекомендуется для машинная сварка тонких профилей и ручная сварка более толстых профили из сплавов, обладающие высокой теплопроводностью.Маленькое количество азота может быть добавлен в защитный газ аргон для увеличения эффективное тепловложение.

Дуговая сварка защищенным металлом может использоваться для сварки в широком диапазоне толщин. медных сплавов. Покрытые электроды для SMAW медных сплавов: доступны стандартные размеры от 2,4 до 4,8 мм.

Газо-вольфрамовая дуговая сварка. Хорошо подходит для газо-вольфрамовой дуги для меди и медных сплавов из-за сильной дуги, которая дает очень высокая температура в стыке и узкая термообработанная зона (HAZ).

При сварке меди и медных сплавов с большей теплопроводностью интенсивность дуги важна для завершения сварки с минимальным нагрев окружающего основного металла с высокой проводимостью. Стрелка ЗТВ особенно желательна при сварке медных сплавов, которые были затвердели от осадков.

Можно использовать многие стандартные вольфрамовые или легированные вольфрамовые электроды. в GTAW меди и медных сплавов. Факторы выбора обычно Рассмотренные для вольфрамовых электродов применяются в целом к ​​меди и медные сплавы.За исключением определенных классов медных сплавов, торированный вольфрам (обычно EWTh-2) предпочтителен из-за его лучшего производительность, более длительный срок службы и повышенная устойчивость к загрязнениям.

Газовая дуговая сварка. Для соединения используется дуговая сварка газом. из меди и медных сплавов толщиной менее 3 мм, а GMAW предпочтительнее для профилей толщиной более 3 мм и для соединения алюминиевых бронз, кремниевых бронз и медно-никелевых сплавов.

Плазменно-дуговая сварка. Сварка меди и медных сплавов использование PAW сравнимо с GTAW для этих сплавов. Аргон, гелий или смеси из двух используются для сварки всех сплавов. Газообразный водород должен никогда не использоваться при сварке котлов.

Плазменная дуговая сварка имеет два очевидных преимущества по сравнению с GTAW: (1) вольфрамовая сварка. скрыт и полностью экранирован, что значительно снижает загрязнение электрода, особенно для сплавов с низкой температурой кипения компоненты, такие как латунь, бронза, фосфорная бронза и алюминий бронзы, и (2) построенный дуговый факел приводит к более высокому дуговому энергии при минимизации роста ЗТВ.Как и в случае с GTAW, текущий Также можно использовать пульсацию и линейное изменение тока. Плазменная сварка оборудование было миниатюрным для сложной работы, известной как микроплазма сварка.

Плазменная сварка меди и медных сплавов может производиться как автогенно или с присадочным металлом. Выбор присадочного металла идентичен к тому, что указано для GTAW. Автоматизация и механизация этого процесса легко выполняется и предпочтительнее, чем GTAW, если загрязнение может ограничивать эффективность производства.Позиции сварки для PAW идентичны тем, для GTAW. Тем не менее, режим плазменной замочной скважины был оценен для более толстых секций в вертикальном положении. Как правило, вся информация представленный для GTAW применим к PAW.

Дуговая сварка под флюсом. Сварка толстолистового материала, например трубы изготовлен из толстого листа, может быть получен непрерывным дуговым током под зернистым флюсом. Эффективное раскисление и шлакометаллические реакции на формирование требуемого состава металла шва имеет решающее значение, и процесс SAW все еще находится в стадии разработки для материалов на основе меди. Вариант этого, процесс может быть использован для наплавки или наплавки.В продаже для медно-никелевых сплавов следует использовать флюсы.

Металлургия сплавов и свариваемость

Многие распространенные металлы легированы медью для получения различных видов меди. сплавы. Наиболее распространенные легирующие элементы — алюминий, никель, кремний, олово и цинк. Остальные элементы и металлы легированы в небольших количествах. для улучшения определенных характеристик материала, таких как коррозионная стойкость или обрабатываемость.

Медь и ее сплавы делятся на девять основных групп.Эти основные группы:

  • Медь , содержащая не менее 99,3% Cu
  • Высокомедистые сплавы , содержащие до 5% легирующих элементов
  • Медно-цинковые сплавы (латуни) , содержащие до 40% Zn
  • Сплавы медно-оловянные (фосфористые бронзы) , содержащие до до 10% Sn и 0,2% P
  • Медно-алюминиевые сплавы (алюминиевые бронзы) , содержащие до до 10% Al
  • Медно-кремниевые сплавы (кремниевые бронзы) , содержащие до 3% Si
  • Медно-никелевые сплавы , содержащие до 30% Ni
  • Медно-цинк-никелевые сплавы (никель-серебро) , содержащие до до 7% Zn и 18% Ni
  • Специальные сплавы , содержащие легирующие элементы для улучшения конкретное свойство или характеристика, например обрабатываемость
Многие медные сплавы имеют общие названия, например бескислородная медь. (99.95% Cu min), бериллиевая медь (от 0,02 до 0,2% Be), металл Muntz (Cu40Zn), Морская латунь (Cu-39,5Zn-0,75Sn) и техническая бронза (Cu-10Zn).

Многие физические свойства медных сплавов важны для сварочные процессы, включая температуру плавления, коэффициент тепловое расширение, а также электрическая и теплопроводность. Определенный легирующие элементы значительно уменьшают электрические и термические электропроводности меди и медных сплавов.

Некоторые легирующие элементы оказывают заметное влияние на свариваемость медь и медные сплавы.Небольшие количества летучих токсичных примесей элементы часто присутствуют в меди и ее сплавах. Как результат, требование эффективной системы вентиляции для защиты сварщик и / или оператор сварочного аппарата более критичны, чем при сварке черных металлов.

Цинк снижает свариваемость всех латуней относительно процент цинка в сплаве. Цинк имеет низкую температуру кипения, что приводит к образованию токсичных паров при сварке медно-цинковых сплавов.

Олово увеличивает склонность к образованию горячих трещин во время сварки, когда присутствует в количестве от 1 до 10%. Олово по сравнению с цинком далеко менее летучий и токсичный. Во время сварки олово может предпочтительно окисляются относительно меди. Результатом будет захват оксида, что может снизить прочность сварного шва.

Бериллий, алюминий и никель образуют вязкие оксиды, которые должны удалить перед сваркой.Образование этих оксидов во время сварочный процесс должен быть предотвращен защитным газом или флюсом в в сочетании с использованием соответствующего сварочного тока. Оксиды никель меньше мешают дуговой сварке, чем бериллий или алюминий. Следовательно, никель-серебро и медно-никелевые сплавы менее чувствительны. от типа сварочного тока, используемого во время процесса. Бериллий содержащие сплавы также выделяют токсичные пары во время сварки.

Кремний благотворно влияет на свариваемость медно-кремниевых сплавов. из-за его раскисляющего и флюсирующего действия.

Кислород может вызвать пористость и снизить прочность сварных швов. в некоторых медных сплавах, которые не содержат достаточного количества фосфор или другие раскислители. Кислород можно найти в виде свободного газа или в виде закись меди. Чаще всего свариваемые медные сплавы содержат раскислитель. элемент, обычно фосфор, кремний, алюминий, железо или марганец.

Железо и марганец существенно не влияют на свариваемость сплавов, которые их содержат.Железо обычно присутствует в некоторых специальные латуни, алюминиевые бронзы и медно-никелевые сплавы в количествах от 1,4 до 3,5%. Марганец обычно используется в тех же сплавах, но более низкие концентрации, чем у железа.

Добавки для машинной обработки. Свинец, селен, теллур и сера добавлен в медные сплавы для улучшения обрабатываемости. Висмут начинается также могут использоваться для этой цели, когда требуются бессвинцовые сплавы. Эти второстепенные легирующие добавки, улучшая обрабатываемость, значительно влияют на свариваемость медных сплавов, вызывая горячие трещины в сплавах. восприимчивый.Неблагоприятное влияние на свариваемость начинает проявляться при около 0,05% добавки и более жесткие при более высоких концентрациях. Свинец — самый вредный из легирующих добавок по отношению к горячим трещинам. восприимчивость.

Факторы, влияющие на свариваемость

Помимо легирующих элементов, входящих в состав определенного медного сплава, несколько других факторов влияют на свариваемость. Эти факторы являются термическими проводимость свариваемого сплава, защитный газ, вид ток, используемый во время сварки, конструкция стыка, положение сварки, состояние и чистота поверхности.

Влияние теплопроводности. Поведение меди и меди сплавов при сварке сильно влияет теплопроводность сплава. При сварке коммерческих котлов и легколегированной меди материалы с высокой теплопроводностью, родом тока и защитный газ должен быть выбран таким образом, чтобы обеспечить максимальный подвод тепла к стыку. Такое высокое тепловложение противодействует быстрому рассеиванию напора вдали от локализованная зона сварного шва.В зависимости от толщины секции предварительный нагрев может быть требуется для медных сплавов с более низкой теплопроводностью. Интерпасс температура должна быть такой же, как при предварительном нагреве. Медные сплавы не головка после сварки обрабатывается так же часто, как и сталь, но некоторые сплавы могут требуют контролируемой скорости охлаждения для минимизации остаточных напряжений и горячего краткость.

Сварочное положение. Из-за высокой текучести меди и его сплавов, плоское положение используется по возможности для сварки.Горизонтальное положение используется при угловой сварке угловых швов. и тройники.

Сплавы с дисперсионным упрочнением. Самое главное реакции дисперсионного твердения получаются с бериллием, хромом, бор, никель, кремний и цирконий. Будьте осторожны при сварке дисперсионно-твердеющие медные сплавы для предотвращения окисления и неполного слияние. По возможности компоненты следует сваривать в отожженных состояние, а затем сварной детали следует дать дисперсионно-твердое термическая обработка.

Горячее растрескивание. Сплавы медные, такие как медь-олово и медь-никель, подвержены горячему растрескиванию при температурах затвердевания. Этот характеристика проявляется во всех медных сплавах с широким диапазон температур от ликвидуса до солидуса. Сильные усадочные напряжения производят междендритное разделение при затвердевании металла. Горячее растрескивание можно свести к минимуму за счет уменьшения ограничений во время сварки, медленного предварительного нагрева скорость охлаждения и снижение величины сварочных напряжений, а также уменьшение размер корневого отверстия и увеличение размера корневого прохода.

Пористость. Определенные элементы (например, цинк, кадмий и фосфор) имеют низкие температуры кипения. Испарение этих элементов во время сварки может образоваться пористость. При сварке медных сплавов содержащие эти элементы, пористость может быть минимизирована за счет более высокого сварного шва скорости и присадочный металл низкие в этих элементах.

Состояние поверхности. Жир и оксид на рабочих поверхностях следует удалить. снимается перед сваркой.Можно использовать проволочную щетку или яркое окунание. Милискейл на поверхностях алюминиевых бронз и кремниевых бронз снимается на расстояние от области сварного шва не менее 13 мм, обычно механическими средствами. Смазка, краска, следы от мелка, магазинная грязь и т. Д. Загрязнения медно-никелевых сплавов могут вызвать охрупчивание и должны снимать перед сваркой. Милискейл на медно-никелевых сплавах должен быть удаляются шлифованием или травлением; чистка проволочной щеткой неэффективна.

Проблемы, решения и данные по сварке нержавеющей и дуплексной стали


«Обновите», так как изменения происходят часто.

w ww.weldreality.com

Сварка Нержавеющая сталь — Дуплекс — Никелевая сталь Данные:

Обратите внимание, что существует также дуплексная секция.

.


E -почта.Вопрос: Эд поскольку у нас есть широкий выбор способов сварки нержавеющей стали. Что такое МИГ и флюс порошковая проволока и режимы переноса сварного шва, которые следует учитывать при сварке нержавеющей стали в калибр до 25 мм?

Ответ: Следующие рекомендации по первичной сварке повлияет на требуемый процесс сварки.

[] Потенциал искажения.
[] Проблемы очистки и окисления.
[] Толщина детали.
[] Сварные позиции.

Для любых нержавеющих или дуплексных сварных швов на деталях более 0,080 TIP Процесс TIG обеспечивает превосходное качество сварки с меньшим тепловыделением, чем любой традиционный ручной или автоматический процесс сварки.

Традиционно при сварке тонких нержавеющих сталей <2 мм и логично использовать обычный процесс TIG или короткое замыкание MIG с 0.035 (1 мм) проволокой, однако возможна также и импульсная MIG.

ОДИН ИЗ ОЧЕНЬ НЕСКОЛЬКИХ
ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕИМУЩЕСТВА MIG WELD:


ПРОЦЕСС МИГ НА НЕКОТОРЫХ ТОНКИХ НЕРЖАВЕЮЩИХ ПРИЛОЖЕНИЯХ.

В отличие от режима короткого замыкания MIG, с помощью импульсного процесса MIG, «при использовании автоматизации сварки», вы можете увеличить скорость сварки тонкостенных сварных швов из нержавеющей стали, а также обеспечить превосходную поверхность шва (немного больше текучести).В случае импульсных сварных швов MIG, вы, вероятно, будете использовать проволоку 0,045 для газовой смеси, рассмотрите возможность использования двухкомпонентной газовой смеси, которую я разработал для нержавеющей стали, это аргон 2% CO2 (см. Мой раздел о газе MIG). Преимущества импульсной сварки MIG достигаются для нержавеющих или дуплексных устройств в диапазоне от 14 до 3/16 дюйма. толстый.

ПРОЦЕСС МИГ ДЛЯ БОЛЕЕ ТОЛСТОЙ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СРЕДЫ.

Для нержавеющих и дуплексных сварных швов толщиной от 3 до 5 мм при сварке «плоских и горизонтальных швов» учитывайте 0.035 MIG или 0,040 проволоки при использовании режима распыления. Я рекомендую свою смесь аргон — 2% CO2. Для деталей из нержавеющей стали толщиной более 1/4 (> 6 мм) учитывайте проволоку MIG 0,045 (1,2 мм) с распылением MIG, а также с аргоном — 2% CO2.
Примечание: Если нагревание сварного шва нержавеющей стали или сплава является проблемой для деталей, рассмотрите импульсный процесс MIG с использованием проволоки 0,045 и той же газовой смеси аргон — 2% CO2. Обратный ток заземления из импульсного режима будет способствовать снижению нагрева сварочного шва.


ВЕРТИКАЛЬНЫЕ СВАРКИ ВНИЗ.

Сварочные швы MIG с деталями толщиной менее 4 мм должны быть вертикальными. Превосходный контроль с помощью вертикальных швов с проволокой 0,035 и моей смеси аргон — 2% CO2, с нижним пределом параметров распыления. Также можно использовать импульсную MIG с проволокой 0,045 и той же газовой смесью.


СВАРКИ ВЕРТИКАЛЬНО ВВЕРХ ИЛИ НАКОНЕЦ.

Для достижения желаемого сварочного шва MIG при сварке в вертикальном положении деталей из нержавеющей стали толщиной> 3/16, (> 5 мм) Сваривайте вертикальные швы вверх или сваривайте потолочные сварные швы, учитывайте 0.045 газ Экранированная порошковая проволока с аргоном 20-25% СО2. Не используйте газозащитные провода для «вертикального опускания», так как количество захваченного шлака будет увеличиваться.

Примечание. Для тех, кто настаивает на том, чтобы сварка MIG не превышала 3/16 деталей, у вас могут возникнуть проблемы со сваркой.


Вопросы безопасности при сварке — первоочередная задача для всех, кто сваривает нержавеющую сталь. и никелевые сплавы…

OSHA прошли слушания по его предложению о снижении PEL для гексавелентного хрома от От 52 микрограммов на кубический метр до 1 микрограмма на кубический метр за 8 часов средневзвешенное. По решению суда OSHA, который должен был больше заботиться о безопасности сварных швов, должен был принять окончательное правило к Яну. 18.2006. Щелкните для MIG Welding Stainless Вопросы безопасности стали

Не забывайте, если вы заинтересованы в достижении наивысшего качества сварных швов сплава, не беспокоясь о шестиугольном хроме, взгляните на процесс, который мы с моим деловым партнером представили Америке, он называется TIP TIG. С TiP TiG вы получите максимально возможное качество сварки, минимально возможный нагрев и сварочный дым, а производительность сварки TIG должна быть увеличена в диапазоне от двух до шестисот процентов.

Сварка и изготовление на заказ | Такома, WA

10529 Lakeview Ave. SW, Suite E, Lakewood, WA 98499

(253) 381-WELD пн-пт с 7.00 до 17.00

Обслуживает Лейквуд, Такому и район Грейтер-Пьюджет-Саунд с 1984 г.

Мы — полный спектр услуг Сварка на заказ и Металлообработка Цех, расположенный к югу от Такомы, в Лейквуде, штат Вашингтон.Мы специализируемся на ремонте и / или изготовлении всего: от спроектированных и изготовленных по индивидуальному заказу каркасов безопасности для джипов, грузовиков и гоночных автомобилей до экзотических поручней по индивидуальному заказу в домах за много миллионов долларов до промышленных применений, таких как стеллажи для хранения автомобилей . и Лестницы .

В качестве полной службы Сварочно-ремонтная мастерская , нет работы слишком большой или малой. Мы обслуживаем индивидуальные потребности наших клиентов и стремимся обеспечить как высокое качество изготовления, так и удовлетворенность клиентов.Мы можем отремонтировать ВСЕ, что сломано или нуждается в специальной настройке.

Наш цех состоит из высококвалифицированных сварщиков , трубогибов , мельниц, токарных станков, машинистов и изготовителей на заказ . Мы стремимся и преуспеваем в обеспечении наших уважаемых клиентов как высокого качества, так и доступности для удовлетворения их проектных потребностей.

Наш главный магазин расположен в центре города Лейквуд, штат Вашингтон. Однако мы очень мобильны и можем легко доставить наш «Мобильный сварочный и производственный цех » вместе с нашей командой профессионалов в указанное вами место.

Ищете ли вы команду профессиональных изготовителей для индивидуального проектирования и создания вашего многомиллионного проекта или просто сварите потрескавшееся алюминиевое колесо или блок двигателя… Мы поможем вам.

Наши специальности включают:

  • Сварка по индивидуальному заказу: Мы готовы удовлетворить все ваши потребности в специализированной сварке и имеем большой опыт работы со всеми видами сварки, включая: Алюминий, сталь, нержавеющая сталь, медь, латунь и многое другое.Для получения дополнительной информации см. Нашу галерею
  • Изготовление на заказ : Наша специализация — проектирование, создание чертежей и изготовление ваших желаемых проектов. Для получения дополнительной информации см. Нашу галерею
  • Изготовленные на заказ автомобильные детали: Вам сложно найти запчасти для вашего автомобиля, джипа или грузовика? Мы можем спроектировать и изготовить все, что угодно: от коллекторов из нержавеющей стали до гидравлических систем сцепления, дисковых тормозных систем раздаточной коробки, каркасов качения, сцепных устройств для прицепов и т. Д. См. Нашу галерею
  • Ремонт : Есть ли у вас сломанная или заржавевшая деталь, требующая ремонта, а не замены? Наши опытные сотрудники помогут вам сэкономить деньги, восстановив поврежденную деталь до исправного состояния.Для получения дополнительной информации см. Нашу галерею
  • Промышленное производство: Наша команда может изготовить на заказ аксессуары, необходимые для бесперебойной работы вашего бизнеса. Будь то стеллаж для грузовика, лестница или кронштейн, мы можем быстро спроектировать и изготовить его для вас. Для получения дополнительной информации см. Нашу галерею
  • Морское производство : Мы настроены так, чтобы легко удовлетворить большинство ваших потребностей в морских деталях. Мы можем спроектировать и изготовить крепления для лыж, прицепы, подъемники из нержавеющей стали, элементы отделки из полированной нержавеющей стали и многое другое.Смотрите нашу галерею
  • Поручни: Мы построили множество специально разработанных и построенных систем поручней для установки в домах за много миллионов долларов. У нас есть все необходимое для того, чтобы удовлетворить потребности вашего проекта как в строительстве, так и вне его. Для получения дополнительной информации см. Нашу галерею
  • Gates : Нужны ли вам сверхмощные промышленные ворота, изготовленные по индивидуальному заказу, для обеспечения безопасности бизнеса или просто для демонстрации вашей собственности, нет работы слишком большой или маленькой.Для получения дополнительной информации см. Нашу галерею
  • Другое: Это лишь небольшая часть того, что мы предлагаем. Если у вас есть специализированный проект, о котором не упоминалось, пожалуйста, свяжитесь с нами , и мы предоставим вам расценки. Спасибо.

Спасибо за ваше покровительство,

Крис Гувер,

Президент, StrongWeld.com

Свяжитесь с нами Нажмите здесь

(253) 381-9353

Посмотрите карту ниже, чтобы найти нас

10529 Lakeview Ave.SW, Suite E

Lakewood, WA 98499

(253) 381-9353

(253) 381-9353

Сварка конструкционной стали — Скачать PDF

бесплатно

1 Курс PDH S150 Сварка конструкционной стали Semih Genculu, P.E PDH Center 2410 Dakota Lakes Drive Herndon, VA Телефон: Факс: утвержденный провайдер непрерывного образования

2 Сварка конструкционной стали Semih Genculu, P.E. Дуговая сварка требует зажигания низковольтной сильноточной дуги между электродом и заготовкой (основным металлом). Сильное тепло, генерируемое этой дугой, плавит основной металл и позволяет соединить два компонента.Характеристики свариваемого металла и тип соединения (например, паз, угловой шов и т. Д.) Определяют параметры сварки и процедуру, которой необходимо следовать для получения качественного сварного соединения. Типичные процессы дуговой сварки: Дуговая сварка защищенным металлом (SMAW). Дуговая сварка защищенным металлом, также известная как сварка штучной сваркой, является наиболее широко используемым процессом. Дуга зажигается между свариваемым металлом и плавящимся электродом, покрытым флюсом. Флюсы в основном состоят из минеральных компонентов и покрывают отложения горячего шва и защищают его от воздействия окружающей среды.Затвердевший стекловидный продукт, шлак удалить сколом или металлической щеткой. Газовая дуговая сварка металлическим электродом (GMAW): этот процесс также называется сваркой в ​​среде инертного газа (MIG) с использованием непрерывной проволоки без покрытия. Зона сварки защищена от загрязнения газом, который подается через сварочную горелку. Режим переноса металла (струйный, шаровидный, короткозамкнутый, импульсная дуга) можно варьировать путем регулировки силы тока и используемых защитных газов в зависимости от положения сварки и типа соединения.Semih Genculu Страница 2 из 18

3 Дуговая сварка порошковой проволокой (FCAW): Защитные газы и шлак создаются разлагающимся флюсом, содержащимся внутри электрода. Вспомогательная защита также используется в некоторых случаях, когда требуется более глубокое проникновение. Газовая вольфрамовая дуговая сварка (GTAW): в процессе, также известном как сварка вольфрамовым инертным газом (TIG), используется неплавящийся электрод.Защитный газ снова подается через сварочную горелку. Сварка может выполняться без добавления присадочного металла, что особенно выгодно для тонкостенных деталей. Защитные газы: основная цель защитного газа — защитить сварной шов от загрязнения и высокотемпературного окисления окружающей атмосферой. Хотя обычные инертные газы могут не подходить для всех применений, смеси с химически активными газами (то есть кислородом, азотом, водородом и диоксидом углерода) в контролируемых количествах будут обеспечивать стабильный и относительно без разбрызгивания перенос металла.Аргон: сам по себе аргон часто используется для сварки MIG цветных металлов. Для черных металлов обычно предпочтительна смесь аргона и кислорода или аргона и диоксида углерода. Дуга высокой плотности, создаваемая аргоном, позволяет энергии проходить в заготовку в виде тепла, что приводит к узкой ширине валика с глубоким проникновением. Гелий: имеет более высокую теплопроводность и напряжение дуги, чем аргон, что приводит к образованию более широких сварных швов. Поскольку гелий — очень легкий газ, для эффективной защиты необходимо использовать более высокие скорости потока.Эта характеристика полезна при сварке над головой. Двуокись углерода: широко используется для сталей. Может быть достигнута более высокая скорость сварки, лучшее проплавление швов и надежные отложения с хорошими механическими свойствами. Двуокись углерода не является инертным газом, как аргон и гелий, и распадается на окись углерода и свободный кислород под действием тепла дуги. Кислород используется для перегрева металла шва, проходящего по дуге. Дефекты дуговой сварки: большинство сварных швов содержат дефекты (пористость, трещины, шлаковые включения и т. Д.).). Вопрос в том, чтобы определить, являются ли они значительными с учетом заявки. Как правило, применимые нормы и стандарты определяют максимально допустимые пределы этих типов дефектов в сварном шве в зависимости от области применения. Иногда неоднородности, которые не могут повлиять на механические свойства, могут снизить коррозионные характеристики. Свойства зоны термического влияния (HAZ) являются одним из важных факторов, которые необходимо учитывать при оценке прочности сварного соединения. ЗТВ можно рассматривать как разрыв из-за металлургических изменений в результате нагрева при сварке, который вызывает очень высокие скорости нагрева и охлаждения.Рост зерен, фазовые превращения (т.е. хрупкий незакаленный мартенсит, который может образовываться в зависимости от скорости охлаждения и химического состава основного материала), образование выделений или истощение (потеря прочности в дисперсионно-упрочненных сплавах) — все это оказывает сильное влияние на свойства ЗТВ. Можно улучшить свойства зоны сварного шва, управляя устройством Semih Genculu

.

4 скорость охлаждения.Этого можно достичь, снизив скорость охлаждения либо за счет увеличения подводимой теплоты, либо за счет предварительного нагрева (т.е. нагрева металла перед сваркой). Пористость: газовые карманы образуются в металле сварного шва, когда они захватываются во время затвердевания. Расплавленная сталь легко поглощает водород, окись углерода и другие газы, воздействию которых она подвергается. Поскольку они не растворяются в твердом металле, они удаляются по мере затвердевания металла. Стандартные экранированные дуговые электроды с органическим покрытием, такие как E6010, создают вокруг дуги атмосферу, содержащую водород, который вносит заметный вклад в пористость.При использовании таких электродов сварку следует проводить медленно, чтобы дать газам время уйти, поскольку слишком высокая скорость перемещения вызывает быстрое затвердевание металла шва, что приводит к пористости. Чистота сварного соединения также имеет решающее значение для предотвращения пористости, поскольку влага, масло, краска или ржавчина на основном металле могут также вызвать пористость из-за введения кислорода или водорода в металл шва. Использование некоторой минимальной температуры предварительного нагрева часто полезно для удаления конденсата. Также необходимо поддерживать флюсы и электроды с покрытием в сухом состоянии, чтобы избежать поглощения влаги.Обычно их хранят в духовке при температуре около 250 ° F, или, если герметичное уплотнение на контейнерах сломано, расходные материалы (например, сварочные стержни) следует запекать при более высоких температурах, чтобы удалить влагу и восстановить характеристики низкого содержания водорода. Распространенные причины и способы устранения пористости перечислены ниже вместе с макроснимком углового сварного шва, содержащего пористость. Иллюстрация сварного шва с разделкой кромок, который демонстрирует кластерную пористость, также прилагается к соответствующей рентгенограмме. Пористость: газовые карманы или пустоты в сварных швах. Причины Избыточное содержание водорода, азота или кислорода в сварочной атмосфере. Высокая скорость затвердевания. Грязный основной металл. Грязная присадочная проволока. Неправильная длина дуги, сварочный ток или манипуляции с электродами. Улетучивание цинка из латуни. , присадочные металлы с высоким содержанием раскислителей, увеличьте поток защитного газа. Используйте предварительный нагрев или увеличьте тепловложение. Очистите поверхности стыков и прилегающие поверхности. Используйте чистую проволоку и храните присадочные материалы в чистом месте. Измените параметры и методы сварки. Используйте медно-кремниевый наполнитель, уменьшите тепловложение. Пористость: газ. карманы или пустоты в сварных швах. Оцинкованная сталь. Причины. Избыточная влажность в покрытии электрода или на поверхностях стыков. Основной металл с высоким содержанием серы. Меры по устранению. обжиг и хранение электродов Используйте электроды с основными реакциями шлакообразования Semih Genc ulu Страница 4 из 18

5 Шлаковые включения: оксиды или другие неметаллические включения, которые захватываются металлом сварного шва.Они могут быть вызваны загрязнением или недостаточной очисткой между проходами сварки. Шлак, полученный из флюсов, используемых во время сварки, необходимо очищать между проходами сварки (при многопроходных операциях) с помощью молотка для откола или проволочной щетки. Макросъемка ниже иллюстрирует успешное многопроходное сварное соединение. Semih Genculu Страница 5 из 18

6 Включения вольфрама: В процессе TIG прикосновение электрода к металлу шва может вызвать перенос частиц вольфрама в металл шва.Эти включения обнаруживаются рентгеновскими лучами и проявляются в виде ярких частиц, поскольку они намного плотнее стали. Ниже показан пример, где на рентгеновском снимке были обнаружены включения вольфрама. Semih Genculu Страница 6 из 18

7 Неполное плавление / проплавление: Хотя эти термины иногда используются как синонимы, отсутствие плавления возникает, когда сварной шов и основной металл не могут должным образом сплавиться вместе.Также может встречаться между сварочными проходами. Это может быть вызвано невыполнением повышения температуры основного металла или ранее нанесенного металла сварного шва до точки плавления или неспособностью удалить шлак или прокатную окалину. Отсутствие проплавления обычно происходит из-за недостаточного тепловложения для конкретного свариваемого соединения и обычно наблюдается на боковых стенках сварного соединения, между проходами сварки или у основания сварного соединения. Защитный газ также может влиять на проникновение; обычно для цветных металлов добавляют гелий, а для черных металлов (аргон) добавляют диоксид углерода для увеличения проникновения.На первом макросе ниже показан приемлемый профиль углового шва за один проход с адекватным проплавлением основного металла и проплавлением корня. Второй макрос показывает отсутствие провара до корня в двойном сварном соединении, а третий макрос показывает отсутствие провара до одного из элементов. На последней иллюстрации показан эскиз другого варианта неполного проникновения корня и его внешний вид на рентгеновском снимке (рентгенограмме). Semih Genculu Страница 7 из 18

8 Поднутрение: это происходит, когда канавка, которая образуется рядом со сварным швом в результате плавления основного металла, остается незаполненной.Пример показан на макрофотографии ниже (на носке углового шва) вместе с появлением этого типа дефекта на рентгенограмме сварного шва с разделкой кромок. Semih Genculu Страница 8 из 18

9 Профиль сварного шва: Профиль готового сварного шва может существенно повлиять на характеристики в условиях динамической нагрузки. Перекрытие, чрезмерное армирование или несоответствие могут создавать точки концентрации напряжений, в которых могут возникать усталостные трещины.Типичные неприемлемые профили стыковых и угловых сварных швов показаны ниже вместе с примером плохой подгонки (несоответствие): Semih Genculu Страница 9 из 18

10 Макрофотография, показывающая плохую подгонку (стыковой сварной шов) Возникновение дуги: они вызваны непреднамеренным плавлением основного металла за пределами области наплавки под действием сварочной дуги. Он может создавать локальные твердые или мягкие пятна, трещины или поднутрения.Еще один дефект, вызванный сварщиком, — это сварочные брызги. Обычно это происходит при использовании чрезмерного сварочного тока, длинной дуги или сварочного напряжения. На приведенном ниже макросе показаны загорание дуги возле углового шва. Semih Genculu Страница 10 из 18

11 Трещины: трещины являются наиболее серьезным типом дефектов сварных швов, которые могут привести к катастрофическим отказам в работе. Есть много разных типов трещин.Один из способов отнести их к категории поверхностных или подземных трещин. Другой способ — горячий (который возникает во время или сразу после сварки) или холодный (трещины, возникающие после охлаждения сварного шва до комнатной температуры — иногда в течение нескольких часов или дней). Как правило, трещины в зоне сварного шва или термического влияния указывают на то, что сварной шов или основной металл имеют низкую пластичность и высокую прочность соединения. Этому состоянию могут способствовать многие факторы, такие как быстрое охлаждение, высоколегированный состав, недостаточный подвод тепла, плохая подготовка соединения, неправильный тип электрода, недостаточный размер сварного шва или отсутствие предварительного нагрева.Некоторые распространенные причины и способы устранения приведены в таблице ниже. Трещины: в сварном шве или в основном металле могут образовываться горячие и холодные трещины или микротрещины. Сильно жесткое соединение. Причины Чрезмерное разбавление (изменение химического состава наплавленного металла из-за примеси основного металла) Плохая подгонка Небольшой сварной валик Высокое содержание серы основной металл Чрезмерная деформация Кратерное растрескивание Высокие остаточные напряжения Высокая закаливаемость Меры по устранению Предварительный нагрев Снять остаточные напряжения механически Минимизировать усадочные напряжения, используя обратную последовательность (продольная последовательность, в которой сварочные проходы выполняются в направлении, противоположном процессу сварки) Изменить сварочный ток и скорость хода Сварка с закрытым электродом отрицательным; смажьте стыковые поверхности перед сваркой (нанесение масла представляет собой осаждение металла поверхности для обеспечения металлургически совместимого сварочного металла для последующих проходов сварного шва) Уменьшите отверстие в корне Увеличьте размер электрода, увеличьте сварочный ток, уменьшите скорость хода Используйте присадочный металл с низким содержанием серы. обе стороны стыка Заполните кратер перед гашением дуги. Переделайте конструкцию сварного шва, измените последовательность сварки, примените промежуточное снятие напряжения. Предварительный нагрев, увеличьте подвод тепла, выполните термообработку без охлаждения до комнатной температуры. ) Semih Genculu Страница 11 из 18

12 Влияние углеродного эквивалента: углеродный эквивалент (C.E.) можно рассматривать как главный фактор при оценке потребности в предварительном нагреве. Как правило, чем выше содержание углерода в стали, тем выше тенденция к образованию твердой и хрупкой ЗТВ. Это требует использования подогрева и электродов с низким содержанием водорода. Однако углерод — не единственный элемент, влияющий на прокаливаемость. Другие элементы в стали также ответственны за упрочнение и потерю пластичности, которые происходят при быстром охлаждении. Одна из различных эмпирических формул, используемых для определения углеродного эквивалента, приведена в Правилах сварки конструкционной стали (AWS D1.1) следующим образом:% C.E. =% C +% (Mn + Si) / 6 +% (Cr + Mo + V) / 5 +% (Ni + Cu) / 15 Приблизительные рекомендуемые температуры предварительного нагрева на основе CE: Для до 0,45% предварительный нагрев не является обязательным % ºF Более 0,60% ºF Обычно сталь, которая требует предварительного нагрева, также должна выдерживаться при этой температуре между проходами сварки. Подвод тепла в процессе сварки достаточен для поддержания требуемой температуры между проходами большинства сварных деталей. На массивных компонентах это может быть не так, и может потребоваться нагрев горелки между проходами.Поскольку целью предварительного нагрева является снижение скорости закалки, одинаковая низкая скорость охлаждения должна быть достигнута для всех проходов. Помимо широко используемых критериев углеродного эквивалента, при определении потребности в термообработке с предварительным нагревом / после сварки следует также учитывать следующие факторы: нормативные требования, толщина сечения, ограничение, температура окружающей среды, содержание водорода в присадочном металле и предыдущие проблемы с растрескиванием. Классификации AWS: Система нумерации Американского общества сварки многое говорит о свойствах и удобстве использования электрода.На примере системы нумерации стержневых электродов: префикс E обозначает электрод для дуговой сварки. Первые две цифры четырехзначного числа и первые три цифры пятизначного числа указывают предел прочности на разрыв. Например, E7018 — это электрод с пределом прочности на разрыв 70 000 фунтов на квадратный дюйм, а E10018 — это электрод на 100 000 фунтов на квадратный дюйм. Следующая цифра указывает позицию. 1 — для всех положений, 2 — для плоского и горизонтального положения и 3 — для плоского, горизонтального, вертикального вниз и над головой.Две последние цифры вместе указывают тип покрытия электрода и правильную полярность использования. Примером может быть 18 для порошка железа, с низким содержанием водорода с переменным током или постоянным током +. Обозначения сварных швов: когда сварные швы указаны на производственных чертежах, используется набор символов для описания типа и размера сварного шва. Обычно их можно описать как упрощенное поперечное сечение фактического сварного шва. Некоторые характерные символы показаны ниже. Полный набор символов приведен в стандарте, опубликованном Американским обществом сварки.Semih Genculu Страница 12 из 18

13 Квалификация сварщика: Большинство производственных документов требуют квалификации сварщиков и сварщиков. Код AWS D1.1 является руководящим документом для сварки конструкционной стали. Спецификация процедуры сварки (WPS) предоставляет подробные условия сварки для конкретного приложения, содержащие важные переменные, которые требуют повторной аттестации процедур, когда переменные изменяются за пределы установленных пределов.Типичные процедуры сварки должны, как минимум, содержать информацию об основных материалах, которые должны свариваться, процессе сварки, обозначении присадочного металла, типе тока и диапазоне, напряжении дуги и скорости перемещения, конструкции соединения и допусках, подготовке поверхности, положения сварки, температуры предварительного нагрева и промежуточного прохода, промежуточная очистка

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *