Способ контактной точечной сварки свинца со сталью

 

Использование: при плакировании свинцом стальных листов для химического оборудования и радиационной защиты. Сущность изобретения: на свариваемой поверхности элемента из свинца выполняют углубление. Углубление заполняют флюсом или припоем. Размещают собранные детали между электродами, сжимают их заданным давлением. Пропускают импульс сварочного тока и снижают давление до давления выдержки. Процесс подготовки стальных и свинцовых элементов ограничивается очисткой поверхностей от загрязнения. Исключается нанесение флюса или припоя на всю поверхность одного из элементов. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при плакировании свинцом стальных листов для химического оборудования и радиационной защиты.

Известен способ сварки взрывом свинца со сталью [1] при котором лист из свинца или его сплава располагают с зазором параллельно стальной основе, а на его поверхности помещают слой взрывчатого вещества. При этом скорость детонации должна быть не более 1100 м/с.

Применение этого способа связано со многими сложностями в подборе взрывчатых веществ с низкими скоростями детонации, что не позволяет прогнозировать качество получаемых соединений, требует сложного подготовительного процесса, а также специальных условий труда для работающих.

Известен способ контактной сварки твердосплавных элементов со стальными [2] при котором располагают элементы друг на друге, прикладывают к ним давление и пропускают ток. Вначале к элементам прикладывают давление 5-6 МПа, после включения сварочного тока давление понижают до 0,8-1,2 МПа, а затем повышают до 7-8 МПа, сварочный ток отключают и выдерживают свариваемые элементы при этом давлении в течении 0,2-0,5 с.

Такой способ применяют для сварки вольфрамосодержащих твердых сплавов с конструкционными углеродистыми сталями. При соединении свинца со сталью этим способом происходит перегрев свинца и его выплеск, кроме этого, свинец сильно деформируется и в результате соединение расслаивается.

Наиболее близким к изобретению является способ, контактной точечной сварки свинцовых элементов со стальными [3] при котором контактную точечную сварку листов из свинца и стали толщиной до 6 мм каждый химического аппарата выполняют следующим образом. Свариваемые поверхности листа из свинца очищают сухой металлической щеткой, а свариваемую поверхность листа из стали очищают шлифовкой и покрывают слоем олова толщиной 0,01 мм горячим погружением. Очищенный лист из свинца и покрытый лист из стали размещают между электродами сварочной машины модели МТ-3201. Размещенные листы сваривают. Режим сварки: давление сварки 0,15-0,20 МПа, плотность импульса тока 136000 А/мм², давление выдержки 0,05-0,10 МПа и выдержка в течение 0,24-0,80 с.

Для осуществления описанного способа контактной точечной сварки элемента конструкции из свинца с элементом конструкции из стали требуется длительный подготовительный процесс, заключающий в себе лужение, в частности горячим погружением, поверхности стального элемента, что ухудшает условия труда работающих, кроме этого происходит перерасход сварочных материалов флюса или олова, так как покрывают ими всю поверхность стального элемента, а процесс сварки осуществляют только в определенных точках. Также следует отметить ограничение по толщине свариваемых свинцовых и стальных элементов до 6 мм.

Задача изобретения создание способа контактной точечной сварки элементов конструкции из свинца и стали, при котором обеспечивается упрощение технологии подготовки свариваемых элементов к процессу контактной точечной сварки и увеличивается по толщине диапазон свариваемых изделий.

Технический результат расширение области использования способа контактной точечной сварки, вследствие обеспечения возможности сварки элемента конструкции из свинца с элементом конструкции из стали толщиной от 2 до 8 мм каждый, преимущественно для химического оборудования и радиационной защиты при сохранении качества сварного соединения, снижении трудозатрат и экономии сварочного материала, кроме того, улучшаются условия труда вследствие устранения лужения поверхности стального элемента конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ контактной точечной сварки, при котором свариваемые поверхности элементов конструкции из свинца и стали подготавливают, элементы сжимают давлением сварки и пропускают импульс тока сварки, в свариваемой поверхности элемента из свинца выполняют углубления глубиной 1-2 мм, затем их заполняют флюсом или припоем типа ПОС, приготовленными на клеевой основе, свариваемые поверхности совмещают и один из электродов устанавливают над выступом в поверхности элемента из свинца, давление сварки выбирают в пределах 0,12-0,24 МПа, после подачи импульса тока сварки, снижают давление сварки до давления выдержки, равного 0,03-0,12 МПа и выдерживают в течение 0,20-1,00 с.

Отличием предлагаемого изобретения является то, что процесс подготовки стальных и свинцовых элементов сварки ограничивается механической очисткой поверхностей элементов из свинца и стали от загрязнений и выполнении углублений в свинцовой поверхности глубиной 1-2 мм, которые заполняются флюсом или припоем типа ПОС на клеевой основе, впоследствии на выступы от углублений с обратной стороны в свинцовом элементе накладывается электрод сварочной машины и, следовательно, это исключает необходимость нанесения флюса или припоя на всю поверхность одного из свариваемых элементов, так как процесс сварки осуществляется только в определенных точках поверхности элементов конструкции. При приложении давления в пределах 0,12-0,24 МПа до пропускания тока снимаются выступы на поверхности свинцового элемента, уменьшается контактное сопротивление, что обеспечивает при сварке хорошую прочность сцепления слоев в соединении.

При давлении сварки меньше 0,12 МПа не полностью сглаживаются выступы на поверхности элементов из свинца, не обеспечивается необходимый контакт между свариваемыми элементами, происходит частичное проплавление флюса или припоя и в результате соединение расслаивается.

При давлении сварки больше 0,24 МПа увеличивается степень деформации свинца. При пропускании тока через зону соединения происходит локальное расплавление свинца и его перегрев до высоких температур. Если использовались припои или флюсы, содержащие олово, то образуется промежуточный слой FeSn₂ и происходит диффузия олова в свинец с образованием эвтектики Sn-Pb, что и обеспечивает прочное соединение. Давление, приложенное к зоне сварки, усиливает эту диффузию. Понижение давления до 0,03-0,12 МПа после выключения сварочного тока необходимо для получения гладкой поверхности свинца. При давлении выдержки больше 0,12 МПа возникают вмятины на элементе из свинца. При давлении выдержки меньше 0,03 МПа соединение свинца со сталью разрушается. После выключения сварочного тока необходимо, чтобы кристаллизация соединения происходила под давлением в течении определенного времени.

При выдержке 0,20-1,00 с происходит кристаллизация зоны соединения. При выдержке менее 0,20 с сварочное ядро не успевает закристаллизоваться и происходит расслоение. При времени выдержки больше 1,00 с качество соединения практически не меняется и снижается экономичность способа. Из-за малого времени действия тока поверхность свинца не успевает расплавиться, и следовательно, не выделяются опасные для здоровья токсичные пары свинца.

На фиг. 1 изображена схема расположения углублений в поверхности элемента конструкции из свинца; на фиг. 2 полость, заполняемая флюсом или припоем в пакете из свинцового и стального элементов конструкции; на фиг. 3 схема установки элементов конструкций из свинца и стали между электродами сварочной машины; на фиг. 4 циклограммы давления сварки и выдержки, а также плотности тока сварки при контактной точечной сварке элементов конструкции из свинца с элементами конструкции из стали от 2 до 8 мм каждый.

Способ осуществляют следующим образом: свариваемые поверхности свариваемых элементов конструкции из свинца с элементом конструкции из стали толщиной от 2 до 8 мм каждый подготавливают. При этом в свариваемой поверхности элемента из свинца 1 делают углубления 2 глубиной 1-2 мм, которые заполняют флюсом или припоем типа ПОС, приготовленные на клеевой основе. После чего свариваемые поверхности из свинца 3 и стали 4 совмещают и устанавливают между электродами 5 машины 6 для контактной точечной сварки так, чтобы один из электродов был расположен над выступом в свинцовой поверхности. Размещенные элементы сваривают. При этом элементы сжимают до давления сварки Р₁, равного 0,12-0,24 МПа за время 0 t₁, пропускают импульс тока сварки в течение времени t₁ t₂, снижают Р₁ до давления выдержки Р₂, равного 0,03-0,12 МПа, за время t₂ t₃, и выдерживают в течение t₃ t₄, равного 0,20 1,00 с.

Количество углублений, производимых в поверхности свинцового элемента определяется исходя из прочности сцепления слоев в получаемой композиции, толщины и площади поверхности свариваемых элементов.

При использовании способа в процессе контактной точечной сварки оптимизируют процесс образования сварного соединения и сводят к минимуму высоту выступов на свариваемых элементах конструкций из свинца под электродом сварочной машины. При этом обеспечивают возможность сварки элементов конструкции из свинца с элементом конструкции из стали толщиной от 2 до 8 мм каждый, преимущественно для химического оборудования и радиационной защиты, при повышении прочности сцепления слоев и коррозионной стойкости сварного соединения. Тем самым расширяют область применения способа при сохранении качества соединения.

П р и м е р. Контактную точечную сварку листов из свинца марки С4 (ГОСТ 3778) толщиной 5 мм и стали марки Ст 3 (ГОСТ 380-71) толщиной 3 мм для химического оборудования выполняют следующим образом. Поверхность свинца очищали сухими металлическими щетками, с помощью прибойника делали определенное количество углублений в свинцовой поверхности в зависимости от площади и толщины свинцового листа глубиной 1-2 мм, а свариваемый лист из стали очищали шлифовкой.

Полученные углубления заполняли флюсом на клеевой основе, содержащим мол. ZnCl₂ 6,5; KCl 20; NH₄Cl 10; SnCl₂ 5 (Физико-химические основы горячего свинцевания стали). Ухов В. Ф. Карамышев Е. П. Парамонов В. А. Ватолин Н. А. М. Наука, 1977, с. 75-86).

В качестве клеевой основы использовали жидкое стекло Na₂SiO₃ (ГОСТ 13078-67). Нанесенную в полость углубления смесь сушили на спокойном воздухе в течении 5-10 мин, после этого листы из стали и свинца собирали и размещали между электродами сварочной машины модели МТ-2201 так, чтобы один из электродов находился над выступом в свинцовом листе, и проводили сварку.

Режим контактной точечной сварки: давление сварки 0,15 МПа; плотность импульса тока сварки 169400 А/мм²; время импульса тока сварки 0,18 с; давление выдержки 0,05 МПа и время выдержки 0,8 с.

Режимы сварки и результаты сравнительных испытаний предлагаемого способа и прототипа приведены в таблице. Проводили статические испытания сцепления слоев на отрыв (Биметаллические соединения. Чарухина К. Е. Голованенко С. А. Мастеров В. А. Казаков Н. Ф. М. Металлургия, 1972, с. 71-76). Испытания проводили на разрывной машине Р10. Разрушение соединения происходило по свинцу. Микроструктура полученного соединения показало локальное расплавление свинца в зоне, прилегающей к стальной поверхности, в зоне соединения наблюдается металлургическая связь стали со свинцом.

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ СВИНЦА СО СТАЛЬЮ, при котором свариваемые поверхности свариваемых элементов подготавливают, элементы сжимают давлением сварки и пропускают импульс тока сварки, отличающийся тем, что на свариваемой поверхности элемента из свинца выполняют углубления, заполняют эти углубления флюсом или припоем типа ПОС, приготовленными на клеевой основе, свариваемые поверхности совмещают и один из электродов устанавливают над выступом в поверхности элемента из свинца, давление сварки выбирают в пределах 0,12 - 0,24 МПа, после подачи импульса тока сварки снижают давление сварки до давления выдержки, равного 0,03 - 0,12 МПа, и выдерживают в течение 0,20 - 1,00 с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6