Сварка меди и ее сплавов

Для меди, характерны такие ее технические характеристики, как высокая стойкость по отношению к воздействию различных химических веществ, сохранение высоких механических свойств в условиях глубокого холода, высокие показатели теплопроводности и электропроводности.

Необходимо учитывать следующие особенности меди и ее сплавов, влияющие на технологию сварки.

1. В связи с высокой температурой и теплопроводностью, затрудняющими локальный разогрев, требуются более концентрированные источники нагрева и повышенные режимы сварки. Однако в связи со склонностью меди к росту зерна при сварке многослойных швов металл каждого прохода для измельчения зерна проковывают при температурах 550-800° С.

2. Легкая окисляемость меди при высоких температурах приводит к засорению металла шва тугоплавкими окислами. Закись меди растворима в жидком металле и ограниченно — в твердом. С медью закись образует легкоплавкую эвтектику Сu—Сu₂О (температура плавления 1064° С), которая сосредоточивается по границам зерен и снижает пластичность меди, что может привести к образованию горячих трещин.

3. При сварке латуней возможно испарение цинка. Образующийся окисел цинка ядовит, поэтому при сварке требуется хорошая вентиляция. Испарение цинка может привести к пористости металла шва. Это осложнение удается преодолеть предварительным подогревом металла до температуры 200-300° С и повышением скорости сварки, уменьшающим растекание жидкого металла и испарение цинка.

4. Медь в расплавленном состоянии поглощает значительные количества водорода. В околошовной зоне диффузионно-подвижный водород взаимодействует с Сu₂О, располагающейся но границам зерен; образующиеся пары воды, которые не растворяются в меди и не могут из нее выйти, создают в металле значительные напряжения, приводящие к образованию большого числа микротрещин. Это явление получило название водородной болезни меди.

5. Высокий коэффициент линейного расширения (в 1,5 раза больше, чем у стали) может вызвать при сварке повышенные темпе­ратурные и остаточные сварочные напряжения и деформации. Для уменьшения деформации конструкции сварку ведут в жестком закреплении, по прихваткам. При повышенной толщине металла регулируют величину зазора.

6. Повышенная жидкотекучесть расплавленной меди и ее сплавов (особенно бронзы) затрудняет сварку в вертикальном и потолочном положениях, поэтому чаще всего сварку ведут в нижнем положении. Для формировании корня шва без дефектов необходимы подкладки.

Для меди и сплавов на ее основе могут быть использованы все основные способы сварки плавлением.

Сварка в защитных газах позволяет получать сварные соединения с наиболее высокими свойствами (механическими, коррозионными и т. д.), так как металл шва содержит минимальное количество примесей. Сварку выполняют неплавящимся (вольфрамовым) и плавящимся электродами. Используют вольфрамовые лантанированные или иттрированные электроды диаметром до 6 мм. В качестве присадочного металла при сварке плавящимся электродом пригодна проволока из меди и ее сплавов, которые по составу идентичны основному металлу, но содержат раскислители. При сварке используют инертные по отношению к меди газы: аргон, гелий (чистотой 99,9%), азот. При неплавящемся электроде сварку выполняют на переменном токе или на постоянном токе прямой полярности. При сварке плавящимся электродом используют постоянный ток обратной полярности.

Для ручной дуговой сварки толстопокрытыми электродами марок «Комсомолец 100», ЗТ и ЛПИ-1. Для стержней электродов марки «Комсомолец» применяют медь марки Ml и М2. В электродах ЗТ используют стержень из бронзы БрКМц 3-1. Сварку ведут электродами диаметром 4-6 мм короткой дугой без поперечных колебаний на постоянном токе обратной полярности. Сила сварочного тока I = (50-60)d_э.

Перед сваркой свариваемые кромки и сварочную проволоку тщательно очищают от окислов и загрязнений: кромку – механическим путем (наждаком, металлической щеткой и т. п.), проволоку – травлением в растворе, состоящем из азотной, серной и соляной кислот, с последующей промывкой в воде, щелочи, воде и сушкой горячим воздухом.

Подготовка кромок зависит от толщины металла. При толщине металла δ < 5 мм – без скоса кромок, при δ = 6-12 мм – V-образная и при большей толщине – Х-образная разделка с углом раскрытия 70-90° для неплавящегося электрода и 60-70° для плавящегося без притупления. Детали под сварку собирают на прихватках (шаг до 400 мм) или в специальных жестких приспособлениях, обеспечивающих меньшие деформации. Для формирования корня шва используют подкладки из предварительно прокаленного графита или меди (в этом случае с водяным ее охлаждением). Металл толщиной до 5 мм сваривают с подогревом до температуры 350° С. С увеличением толщины металла подогрев увеличивают до температуры 600-800° С.

Сварка осуществляется только в нижнем положении, после сварки рекомендуется проковка шва при температуре 550-800° С и последующее охлаждение в воде, так как быстрое охлаждение предотвращает сегрегацию Сu₂О по границам зерен и охрупчивание металла.