Сварка меди и ее сплавов

Сварка меди и ее сплавов

Медь относится к тяжелым цветным металлам. Ее плотность составляет 8,9 г/см³, что выше, чем у железа. Благодаря высокой электропроводности, теплопроводности и коррозионной стойкости медь заняла прочное место в электропромышленности, приборной технике и химическом машиностроении для изготовления разнообразной аппаратуры. Медь и многие ее сплавы применяют для изготовления изделий криогенной техники.

Промышленность выпускает медь марок МО (99,95 % Cu, примеси не более 0,05 %), М1 (99,90 % Cu, примеси не более 0,1 %) и др. Чистая медь хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии, малочувствительна к низким температурам. При повышении температуры прочность свойства меди изменяется в широких пределах.

При дуговой сварке меди следует учитывать, что теплопроводность меди примерно в шесть раз больше теплопроводности железа. При температуре 500–600 °C медь приобретает хрупкость, а при 700–800 °C прочность меди снижается настолько, что уже при легких ударах образуются трещины. Температура плавления меди 1080–1083 °C.

Свариваемость меди в значительной степени зависит от наличия в металле примесей – висмута, свинца, сурьмы и мышьяка. Чистая электролитическая медь обладает наилучшей свариваемостью. Расплавленная медь легко окисляется, образуя оксид меди Cu₂О, поглощает водород и оксид углерода.

При охлаждении в объеме металла выделяются пузырьки паров воды и углекислого газа, которые не растворяются в меди. Эти газы, расширяясь, создают большое внутреннее давление и приводят к образованию мелких межкристаллитных трещин. Это явление получило название водородной болезни меди.

Сварку меди и ее сплавов производят только в нижнем положении или при очень малых углах наклона. Ручная дуговая сварка меди выполняется угольным или металлическим электродом. При сварке угольным или графитовым электродом в качестве присадочного материала применяют прутки из меди М1, из бронзы БрОФ6,5–0,15 или латуни ЛК62–0,5, а также медные прутки МСр1, содержащие до 1 % серебра. Для предохранения меди от окисления и улучшения процесса сварки применяют флюсы, которые наносят на разделку шва и на присадочные прутки.

Флюсы применяют следующих составов:

1) буры прокаленной – 68 %, кислого фосфорнокислого натрия – 15 %, кремниевой кислоты – 15 %, древесного угля – 2 %;

2) буры прокаленной – 50 %, кислого фосфорнокислого натрия – 15 %, кремниевой кислоты – 15 %, древесного угля – 20 %. Можно также применять одну буру, но лучше с присадкой 4–6 % металлического магния.

Листы толщиной до 4 мм можно сваривать с отбортовкой без присадочного металла, а более 4 мм – со скосом кромок под углом 35–45°.

Сборка под сварку должна обеспечить минимальные зазоры (до 0,5 мм), чтобы предупредить протекание расплавленного металла в швах. Рекомендуется также использовать подкладки из графита, асбеста или керамики. По концам шва следует сделать формовку.

Сварку производят постоянным током прямой полярности. Длина дуги должна составлять 10–13 мм, напряжение тока 45–60 В. Сварку ведут со скоростью не менее 0,2–0,3 м/мин и при возможности за один проход. Режимы сварки угольным электродом зависят от толщины свариваемых кромок. При толщине листов до 4 мм используют угольные электроды диаметром 4–6 мм, а сварочный ток выбирают в пределах 140–320 А. Если толщина листов более 4 мм, применяют электроды диаметром 8–10 мм при сварочном токе 350–550 А.

После сварки металл шва проковывают – тонкие листы в холодном, а толстые – в нагретом до температуры 200–350 °C состоянии. Для повышения вязкости металла шов подвергают отжигу нагревом до температуры 500–550 °C с быстрым охлаждением в воде.

При сварке металлическим электродом подготовка кромок и обработка шва производятся так же, как и при сварке угольным электродом. Металлические электроды изготовляют из меди М1. Покрытие имеет следующий состав: ферромарганца – 50 %, ферросилиция 75 %-го – 8 %, полевого шпата – 12 %, плавикового шпата – 10 %, жидкого стекла – 20 %. Толщина покрытия составляет 0,4 мм. Применяют также электроды марки ЗТ со стержнем из бронзы БрКМц–3–1 и покрытием следующего содержания: марганцевой руды – 17,5 %, ферросилиция 75 %-го – 32 %, плавикового шпата – 32 %, графита серебристого – 16 %, алюминия – 2,5 %. Связующим является жидкое стекло.

Покрытие наносят на стержень диаметром 4–6 мм слоем толщиной 0,2–0,3 мм. Сварку выполняют, насколько это возможно, короткой дугой на постоянном токе обратной полярности. Сварочный ток определяют из расчета 50–60 А на 1 мм электрода.

Сварку меди в защитных газах (аргон, гелий или азот) применяют для изделий толщиной 1,5–20 мм и выполняют постоянным током прямой полярности. При диметре вольфрамового электрода 2,5–5 мм и присадочной проволоке марки М1 или БрКМц–3–1 диаметром 2–6 мм сварочный ток составляет 200–500 А. Автоматическую сварку меди производят под флюсами ОСЦ–45, АН–348–А или АН–20 проволокой диаметром 1,6–4 мм марки М1 или БрКМц–3–1. Напряжение составляет 38–40 В, сварочный ток подбирают из расчета 100 А на 1 мм диаметра проволоки. Ток постоянный, обратной полярности, скорость сварки 15–25 м/ч. Листы толщиной более 8 мм требуют предварительного подогрева.

При газовой сварке меди следует учитывать высокую теплопроводность меди, поэтому для сварки требуется пламя повышенной мощности. Для листов толщиной до 10 мм удельная мощность пламени должна быть равна 150 л/(чмм), для листов толщиной свыше 10 мм – 200 л/(ч?мм). Рекомендуется производить сварку одновременно двумя горелками: одна служит для подогрева свариваемых кромок с удельной мощностью 150–200 л/(чмм) и вторая – для сварки с удельной мощностью 100 л/(чмм). Для уменьшения отвода теплоты изделия закрывают листовым асбестом. Пламя должно быть строго нормальным. Избыток ацетилена вызывает появление пор и трещин, а окислительное пламя приводит к окислению металла шва. Мундштук горелки устанавливают под углом 80–90°. Нагрев и плавку меди производят восстановительной зоной в месте максимальной температуры. Сварку производят без перерывов, в один проход.

В процессе сварки подогретый конец присадочного прутка периодически обмакивают во флюс и таким образом переносят налипший флюс в сварочную ванну. Для получения мелкозернистой структуры и уплотнения металла производят проковку шва. Металл толщиной до 5 мм проковывают в холодном состоянии, а при большей толщине – в горячем состоянии при температуре 200–300 °C. После проковки производят отжиг с нагревом до температуры 500–550 °C и охлаждением в воде.

Латунь (сплав меди с цинком) сваривают всеми способами, указанными для меди. Основное затруднение при сварке латуни связано с кипением и интенсивным испарением цинка, пары которого в воздухе образуют ядовитые оксиды. При сварке латуни угольным электродом применяют присадочные прутки из латуни ЛМц–58–2 и флюс из молотого борного шлака или буры. Применяют также прутки из латуни типа ЛК, содержащей кроме меди и цинка кремний.

При сварке плавящимся электродом применяют проволоку из латуни, содержащей: цинка – 38,5–42,5 %, марганца – 4–5 %, алюминия – 9,5 %, железа – 0,5–1,5 %, остальное – медь. Покрытие наносят в два слоя. Первый слой толщиной 0,2–0,3 мм состоит из марганцевой руды – 30 %, титанового концентрата – 30 %, ферромарганца – 15 %, мела – 20 % и сернокислого калия – 5 %. Связующим является жидкое стекло. Второй слой толщиной 0,8–1,1 мм состоит из борного шлака, замешенного на жидком стекле.

Автоматическая сварка латунных изделий производится электродной проволокой марки М1 под флюсом АН–348–А или ОСЦ–45 с добавкой 10 мас. ч. борной кислоты и 20 мас. ч. кальцинированной соды на 100 мас. ч. флюса. Сварка ведется постоянным током прямой полярности. Напряжение тока 38–42 В, сварочный ток при диаметре проволоки 2 мм составляет 300–480 А.

Латунь при газовой сварке нормальным пламенем выделяет пары, в результате чего шов получается пористым. Поэтому применяют пламя с избытком кислорода (до 30–40 %). Кислород окисляет часть цинка. Образующаяся на поверхности сварочной ванны оксидная пленка защищает расплавленный металл от дальнейшего окисления.

Свариваемые кромки зачищают до металлического блеска. Оксиды удаляют травлением с помощью 10 %-го водного раствора азотной кислоты с последующей промывкой горячей водой и протиркой насухо. Удельная мощность пламени 100–150 л/(ч?мм). Мундштук горелки устанавливают под углом 80–90°, а присадочный пруток – под углом 80° к мундштуку горелки.

Чтобы не допустить интенсивного окисления, сварку производят быстро, без перерывов и в один проход. Расстояние ядра пламени от ванны 7–10 мм. Латунь толщиной более 15 мм рекомендуется предварительно подогревать до 500–550 °C. После сварки шов проковывают. Если латунь содержит более 60 % меди, то проковку шва производят в холодном состоянии. Если меди менее 60 %, то швы проковывают при температуре 700 °C. После проковки швы подвергают отжигу при температуре 600–650 °C, с последующим медленным охлаждением.

Бронза – сплав меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, цинком и свинцом. При сварке угольным электродом оловянистых бронз в качестве присадочного материала применяют прутки из сплава, содержащего меди – 95–96 %, кремния – 3–4 %, фосфора – 0,25 %. Флюс – прокаленная бура или борный шлак. При сварке специальных бронз применяют прутки, изготовленные из бронз свариваемых марок или близких им по химическому составу. Ток постоянный, прямой полярности. Сварку металлическим электродом фосфористой бронзы выполняют прутками следующего состава: олова 12 %, фосфора – 0,15–0,45 %, остальное – медь.

Для свинцовых бронз применяют прутки из сплава, содержащего свинец – 21 %, олово – 8 %, цинк – 1,5 %, остальное – медь. Прутки покрывают различными защитными покрытиями. Ток постоянный, обратной полярности. При диаметре прутка 6–8 мм сварочный ток составляет 200–300 А. Рекомендуется предварительный подогрев свариваемых деталей до температуры 250–300 °C. Допускается легкая проковка сварного шва для улучшения качества наплавленного металла.

Газовую сварку бронзы производят нормальным пламенем. Удельная мощность горелки 100–150 л/(чмм). Свариваемые кромки подготавливают так же, как и при сварке меди. Сварку ведут как можно быстрее и в один проход. Конец ядра пламени должен быть на расстоянии 7–10 мм от поверхности сварочной ванны.

Как и при сварке меди, допускается применение второй подогревающей горелки удельной мощностью 100 л/(чмм). После сварки изделие нагревают до температуры 400–450 °C, затем охлаждают в воде.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.