Главная › Новости

Виды сварки меди и природные особенности металла

Опубликовано: 06.09.2018

IBC. Нержавеющая стальная дробь

Плавление меди происходит путем контакта изделия с высокими температурами в 1080—1083°С. Если интервал температур находится в диапазоне 300—500°, медь и ее сплавы обладают ломкостью. Медь в жидкой консистенции способна растворять газы, в том числе кислород и водород, что значительно затрудняет ее сварку.

С кислородом этот металл образует закись меди, дающую промежуточный сплав Cu + Cu20, который располагается по границам зерен. Поскольку температура плавления промежуточных сплавов на 20° ниже температурной границы плавления чистой меди, то в результате контактной сварки образуются горячие трещины при кристаллизации шва. Мелкие трещины могут образоваться в результате сварки в расплавленной меди, где содержится закись меди, в контактном режиме с водородом.

Это явление называют «водородной болезнью меди», так как она возникает в результате контакта меди с водородом с участием кислорода, причем в результате дополнительно образуется водяной пар, способствующий образованию трещин в металле шва при расширении.

Высокая теплопроводность (в 6-7 раз выше теплопроводности стали) и жидкость консистенции в расплавленном состоянии также значительно затрудняют произведение сварочных работ с медью и ее сплавами. Чем меньше кислорода содержится в меди в виде закиси, тем лучше металл поддается контактной сварке.

Сварка медных шин и других изделий может быть затруднена примесями свинца, мышьяка, сурьмы и висмута. Наилучшим образом поддается сварке электролитическая медь, в которой содержится не более 0,4% примесей. А вот литейная медь, в составе которой содержится до 1% примесей, не так хорошо сваривается.

Повысить прочность шва при сварке можно при помощи хрома, марганца, железа, никеля и тантала. Существуют различные виды сварки меди, каждый из которых характеризуется некоторыми особенностями.

Газовая сварка меди

В этом случае используется ацетилено- кислородная сварка , которая обеспечивает самое высокое нагревание ядра пламени. Газовая горелка является тепловым источником малой сосредоточенности, что влияет на поддержание оптимальных размеров сварочной ванны.

Для изделия с размером, не превышающим 10 мм в толщину, рекомендуют использовать две горелки, одна из которых выполняет подогрев, а вторая используется для сварки. При двусторонней сварке с применением двух горелок подогрев не выполняется. Для сварки меди и бронзы используется нормальное пламя. Защита металлической основы сварочной ванны от окисления, наряду с защитой окружающей среды от негативного воздействия продуктов сгорания, производится путем извлечения закиси меди при помощи флюсов или присадочной проволоки.

Флюсы для сварки меди содержат некоторые соединения бора (борную кислоту, борный ангидрид и др.), которые способны растворять закиси меди, в результате чего образуется легкоплавкая эвтектика, впоследствии выводящаяся в шлак. Кроме соединений бора, во флюсах могут присутствовать фосфаты. Флюсы наносятся на обезжиренные и зачищенные свариваемые кромки, на сторону – по 10-12 мм. В качестве дополнения при помощи присадочного металла можно наносить компоненты флюса и жидкое стекло с добавками древесного угля в качестве покрытий (10—20%).

В процессе сварки алюминиевых бронз надо вводить в состав флюсов фториды и хлориды, прекрасно растворяющие А12О3, получающийся при окислении алюминиевых сплавов в составе бронзы. Для  меди, а особенно для латуни, очень удобно использовать газообразные флюсы в виде азеотропного раствора борно-метилового эфира и метилового спирта. Пары такого раствора поступают в горелку через специальную деталь, пламя приобретает зеленый цвет, органическая часть подвергается сгоранию, а В2О3 не наносит вреда сварочной ванне.

Газовая горелка должна соответствовать требованиям безопасности, особенно если производится спайка медных труб большого диаметра, когда требуется использовать значительные объемы газа. При выполнении сварки изделий из чистой меди до 3-4 мм в толщину применяется медная проволока М1 или М2, поскольку медь не успевает хорошо окислиться. При условии большой толщины изделий из меди, для выполнения сварочных работ необходимо применять специальную присадочную проволоку, легированную окислителями (до 0,2% Р и 0,3% Si).

Состав такой проволоки должен совпадать с веществами, содержащимися в основном металле. Использование окислителей для выполнения работ с другими металлами не лимитируется так строго, как для сварки меди. Например, при сварке латуни с целью уменьшения потерь цинка применяют кремнистую латунь в качестве присадочного материала (ЛК 80-3).

Проковку шва после сварочных работ выполняют в холодном состоянии для медных изделий толщиной до 4-5 мм для повышения прочностных и пластических свойств. При условии большей толщины проковка производится после нагревания до 400—3000С и с последующим отжигом.

Сварка меди при помощи угольного электрода

Сварка меди и сплавов осуществляется дугой, которая горит между самим изделием и угольным электродом, а также при помощи независимой дуги пламени между двумя отдельными угольными электродами.

Дуговой разряд – это источник энергии для сварки. Технологические приемы, составы сварочных флюсов и присадочного металла остаются аналогичными газовой сварке. С использованием проволоки БрКМцЗ-1 можно производить сварку меди даже на воздухе.

Полученные в результате сварки соединения соответствуют требованиям к механическим свойствам, однако тепло- и электрофизические свойства могут быть резко снижены. Сварка меди и соответствующих медных сплавов при помощи угольных электродов применяется достаточно редко, поскольку этот процесс является малопроизводительным.

Ручная дуговая сварка с использованием покрытых электродов

Ручная электродуговая  производится с использованием электродов и позволяет в результате получить соединения с удовлетворительными механическими свойствами, однако состав металла на швах будет отличен от состава основного металла по причине легирования окислителями в процессе сварке.

При сварке меди и медных сплавов окислители вводят в электродную проволоку и в электродное покрытие. Электродные покрытия в своем составе одержат сухую шихту, замешанную на жидком стекле (класс А), — она составляет 20—25% от массы шихты. Однако тепло- и электропроводность полученных соединений ниже, чем у чистой меди, особенно если это – медные сплавы. В процессе сварки покрытыми электродами отмечается значительное разбрызгивание, а металл шва очень часто содержит поры.

Для выполнения сварки меди и медных сплавов более 4-5 мм в толщину рекомендуют выполнить подогрев до 300—5000 с.

 Дуговая сварка меди под флюсом

Дуговая сварка меди и медных сплавов под флюсом может осуществляться под слоем плавленого флюса при помощи неплавящегося угольного или графитового электрода, плавящегося электрода и плавящегося электрода, покрытого слоем керамического флюса.

При выполнении сварки под флюсом с помощью угольного электрода, его затачивают, придавая вид плоской лопатки. Сборка под сварку производится с закладкой присадочного металла встык (латунь, томпак) для окисления металла шва.

Необходимо засыпать прокаленный флюс ОСЦ-45. Сварка производится на постоянном токе с обратной полярностью; подогрев тока создают в результате замыкания определенного электрода на изделие. Сварка меди и медных сплавов под плавлеными флюсами плавящимися электродами является достаточно высокопроизводительным способом. Состав металла на швах в результате  изменяется незначительным образом, а металл сохраняет практически все свои физические свойства.

Самые лучшие результаты характерны для сварки под флюсом АН-М1 со следующим составом: 55% фтористого магния, 40% фтористого натрия, и 5% фтористого бария. В качестве хорошего электродного металла используются медные проволоки М1 или МО. С целью повышения механических свойств сварных соединений применяются легированные проволоки из сплавов меди БрКМцЗ-1; БрАЖМцЮ-3-1,5, однако в этом случае значительно снижаются тепло- и электропроводность состава металлов на швах.

Выполняется на постоянном токе с обратной полярностью; коэффициент расплавления проволоки составляет примерно 20 г/(А-ч). При применении сварки к изделиям толщиной выше 15 мм рекомендуют выполнить разделку под углом 900 с притуплением, а в других случаях – применить сварку расщепленным электродом.

Работы производятся на графитовой подкладке или флюсовой подушке. Подготовку кромок и электродной проволоки необходимо выполнить особенно тщательно, зачистив до металлического блеска и обезжирив.

Флюс следует прокалить при температуре 300-400 0С. Сварка производится при жестком закреплении или с использованием прихваток контактным способом. Для выполнения сварки латуни Л63 и Л062-1 применяется медная проволока с использованием плавленых флюсов МАТИ-5 или АНФ-5. Этот способ предусматривает получение соединений меди со сталью.

Сварка в таком случае предусматривает смещение электрода на медь и подбор такого режима, при котором бы соблюдался контактное взаимодействие со сталью в течение минимального периода времени, чтобы можно было избежать хрупких прослоек, так называемой диффузии меди между крупинками стали.

Керамический флюс К-13 МВТУ применяется в процессе сварки меди, меди со сталью и наплавки меди на сталь. Флюс содержит следующие компоненты, %: плавиковый шпат — 20; глинозем — 20; бура безводная — 15—19; мел — 15; магнезит — 15; кварцевый песок — 8-10; порошок алюминия 3-5. Шихта замешивается на жидком стекле, гранулируется, после сушки прокаливается в течение 1-2 ч при температуре 450 0С. Сварка производится на постоянном токе с обратной полярностью контактным способом, при закреплении на подкладке из охлажденной меди или на графите.

Электрошлаковая сварка меди и медных сплавов

Сварку меди значительной толщины (30—55 мм) можно производить электрошлаковым процессом при помощи пластинчатого электрода.

В ИЭС Е. О. Патона были разработаны флюсы для такого процесса, которые содержат фториды щелочных и щелочноземельных металлов.

Температура плавления меди должна быть выше температуры контактного плавления флюсов.

Дуговая в защитных газах

Автоматическая, полуавтоматическая и ручная сварка меди среди различных защитных газов могут производиться с использованием плавящегося и неплавящегося (вольфрамового) электрода.

В большинстве случаев для чистой меди применяется сварка вольфрамовым электродом (если толщина не превышает 10 мм) при подаче присадочной проволоки, и значительно реже используют плавящийся электрод. Применяют следующие газы: аргон высшего сорта (ГОСТ 10157—73), гелий особой чистоты (в соответствии с МРТУ 6-02-274—66), азот особой чистоты (на основе МРТУ 6-02-375—66).

Какой бы способ  вы ни использовали, необходимо придерживаться техники безопасности.