Зварюваність міді. Мідь зварюється погано через її високу теплопровідність, жидкотекучести і підвищеної схильності до утворення тріщин при зварюванні.
Теплопровідність міді при кімнатній температурі в 6 разів більше теплопровідності технічного заліза, тому зварювання міді і її сплавів повинна проводитися зі збільшеною погонной тепловою енергією, а в багатьох випадках з попередніми і супутнім підігрівом основного металу.
При переході з твердого стану в рідке мідь виділяє велику кількість тепла (прихована теплота плавлення), тому зварювальна ванна підтримується в рідкому стані більш тривалий час, ніж при зварюванні стали. Підвищена вологотекучість міді утрудняє її зварювання у вертикальному, горизонтальному і особливо в стельовому положеннях.
Водень у присутності кисню чинить негативний вплив на властивості міді. Водень, що проникає в мідь при підвищених температурах зварювання, реагує з киснем закису міді, утворює водяну пару, який, прагнучи розширитися, приводить до появи дрібних тріщин. Це явище при зварюванні міді називають «водневою хворобою». Якщо зварювати мідь покритими мідними електродами без підігріву виробу, що зварюється (з швидким охолодженням), то виникають гарячі тріщини.
Однак при зварюванні з підігрівом, що створює умови повільного охолодження, водяна пара в більшості випадків до затвердіння металу виходить назовні; невелика частина водяної пари залишається між шаром зварювального шлаку і поверхнею металу шва. В результаті цього поверхня металу шее після видалення шлаку стає нерівною, з дрібними поглибленнями ( «рябий»), що можна уникнути при дуже повільному охолодженні шва.
Чим більше міститься кисню в зварюваної міді, то більша проявляється «воднева хвороба».
Коефіцієнт лінійного розширення міді більше коефіцієнта лінійного розширення заліза, в зв'язку з чим зварювальні деформації при зварюванні конструкцій з міді і її сплавів дещо більше, ніж при зварюванні сталей.
Види зварювання міді. При виготовленні зварних конструкцій з міді найбільшого поширення набули такі види зварювання плавленням: дугова зварка вугільним електродом, що плавиться, під флюсом і в захисних газах; газове зварювання.
Дугова зварка міді проводиться при підвищеній силі зварювального струму, що обумовлено значною теплопровідністю міді. Кромки зварювальних деталей з'єднуються з мінімальним зазором через високу жидкотекучести міді. Іноді застосовують зварювання на сталевий підкладці.
Мідні листи завтовшки більше 6 мм слід зварювати з попереднім підігрівом до 150-250 ° С. Тонкі листи (менше 5 мм) після зварювання проковують в холодному стані, а товсті (5-20 мм) -при температурі 200-400 ° С. Нагрівати мідь для проковки вище 400 ° С не рекомендується, так як при високих температурах вона стає крихкою. Кування виконується молотком зі сферичним бойком. Кування повинна проводитися з двох сторін зварного з'єднання нанесенням ударів перпендикулярно шву спочатку по зонам сплаву, потім по середній частині шва і в кінці по зоні термічного впливу. Повторювати удари по одному місцю не можна, щоб уникнути утворення тріщин від наклепу.
Для додання металу зварного з'єднання в'язкості і пластичності після проковки рекомендується нагріти його до температури 550-600 ° С і швидко охолодити у воді. Ця термообробка гарантує дрібнозернисту будову металу.
Листи більшої товщини потрібно підготувати зі скосом кромок під кутом 60-90 °.
Зварювання ведуть довгою дугою (10-15 мм), при цьому зручніше маніпулювати електродом і присадочной дротом. Кінець присадочного дроту, повинен знаходитися між кінцем електрода і розплавленої ванній, не занурюючись в неї. Відстань між присадним металом і виробом повинно бути постійним і мінімальним за величиною. При збільшенні відстані
відбувається посилене розбризкування металу і погіршується формування шва.
Для зварювання застосовують постійний струм прямої полярності при напрузі дуги 40-50 В. На зворотній полярності дуга між вугільним (графітовим) електродом і виробом нестійка і може підтримуватися тільки при малій її довжині.
При зварюванні прутами з фосфористої бронзи можна як флюс застосовувати суміш складу: 94-96% бури, 6-4% магнію металевого в порошку.
Флюс наноситься в оброблення і на присадний пруток. Зварювання щоб уникнути окислення і великого зростання зерна ведуть швидко і по можливості в один прохід.
Сварка міді покритими металевими електродами дає задовільну якість у випадках, якщо зварювана мідь містить кисню не більше 0,01%. При змісті в міді кисню в кількостях більш 0,03% зварні з'єднання мають низькі механічні властивості.
Для зварювання міді застосовують електроди марки «Комсомолець-100». Склад покриття електрода «Комсомолець-100» наступний: плавиковий шпат-12,5%, польовий шпат-15%, феромарганець Mnl, Мп2 -47,5%, кремниста мідь (73-75% міді, 23-25% кремнію, що не більше 1,5% домішок) - 25%.
Зварювання ведуть у нижньому положенні на постійному струмі зворотної полярності. При зварюванні листів завтовшки більше 6 мм потрібно попередній підігрів основного металу до 300-400 ° С.
Газове зварювання мідних листів товщиною до 10 мм виконується полум'ям потужністю 150 дм3 ацетилену / год на 1 мм товщини металу. Листи більшої товщини зварюють полум'ям з розрахунку 200 дм3 / год на 1 мм товщини металу. Зварювання краще проводити одночасно двома пальниками з двох сторін відновлювальних полум'ям, з тим щоб не допускати утворення в зварювальній ванні оксидів міді. Сварка міді науглероживается полум'ям не допускається, так як при цьому утворюються пори і тріщини в шві внаслідок утворення газів С02 і Н20 по реакціях: C0 + Cu20- * C02 + 2Cu і H2-fCu20-> H20 + 2Cu.
Шов заповнюється за один шар. Багатошарова газове зварювання викликає перегрів металу і тріщини в швах. Щоб уникнути перегріву міді, зварювання слід вести з високими швидкостями нагрівання й охолодження зварних з'єднань.
Газове зварювання міді проводиться з флюсами, якими користуються при дугового зварювання вугільним електродом.
Висока якість зварного з'єднання отримують, застосовуючи газофлюсовую зварювання, при якій порошкоподібний флюс засмоктується ацетиленом і подається безпосередньо в полум'я пальника від спеціальної установки КМФ -2-66, розробленої ВНДІ -автогенмашем.
Застосування проковки зварних з'єднань додатково покращує механічні властивості зварних з'єднань.
Сварка латуні. Латунь являє собою сплав міді з цинком; температура плавлення латуні 800-1000 ° С.
При дугового зварювання з латуні інтенсивно випаровується цинк; розплавлений метал поглинає водень, який не встигає виділитися ири затвердінні рідкого металу в зварювальної ван »
в результаті чого в шві утворяться газові пори. Водень потрапляє в зварювальну ванну з покриття, флюсу або повітря.
Сварка латуней покритими електродами знаходить обмежене застосування, в основному для виправлення шлюбу лиття. Це пояснюється сильним випаровуванням цинку при дугового зварювання в порівнянні з газовим зварюванням, дугового під флюсом або дугового в захисному газі.
Для дугового зварювання латуні застосовують електроди з покриттям ЗТ, розроблені Балтійським заводом в Ленінграді. Склад електрода наступний: стрижень з кремнієвомарганцевої бронзи Бр. КМЦ 3-1, що містить 3% кремнію і 1% марганцю; покриття з 17,5% марганцевої руди, 13% плавикового шпату, 16% сріблистого графіту, 32% феросиліцію 75% -ного, 2,5% алюмінію в порошку. Сварка ведеться постійним струмом при зворотній полярності короткою дугою з метою зниження вигоряння цинку. Від витікання металу стик захищають прокаленной азбестового підкладкою зі зворотної сторони стику. При товщині аркушів до 4 мм зварювання ведуть без оброблення крайок. При товщині аркушів понад 4 мм оброблення крайок така ж, як і для сталі. Після зварювання шов проковують, а потім отжигают при 600-650 ° С для вирівнювання хімічного складу і додання металу дрібнозернистої структури.
Зварювання латуні можна виконувати вугільним електродом на постійному струмі при прямій полярності з застосуванням флюсів.
При зварюванні латуні вугільним електродом використовують флюси. Найбільшого поширення набув флюс БЛ-3 складу: 35% кріоліту, 12,5% хлористого натрію, 50% хлористого калію, 2,5% деревного вугілля.
Латунь товщиною до 10 мм зварюють без підігріву, більше 10 мм - з підігрівом до 300-350 ° С.
Газове зварювання латуней забезпечує кращу якість зварних з'єднань, ніж дугова покритими електродами. Для зменшення випаровування цинку зварювання латуні ведуть окислювальним полум'ям; при цьому на поверхні зварювальної ванни утворюється рідка плівка окису цинку, що перешкоджає його випаровуванню. Надлишковий кисень окисляє частина водню полум'я і поглинання рідким металом водню зменшується.
Для видалення оксидів міді і цинку при газовому зварюванні користуються флюсами того ж складу, що і при дугового зварювання міді вугільним електродом.
Для зменшення випаровування цинку і поглинання зварювальною ванною водню кінець ядра полум'я повинен знаходитися від зварюваного металу на відстані в 2-3 рази більшому, ніж при зварюванні стали.
Для газового зварювання латуней ВНДІ Автогенмаш розробив присадні дріт марки J1K62-05 (ГОСТ 16130-72), що містить 60,5-63,5% міді, 0,3-0,7% кремнію, інше - цинк. Як флюс при зварюванні цієї присадочной дротом застосовують прокаленную буру.
ВНДІ Автогенмаш для зварювання латуней розробив самофлюсуючі присадні дріт ЛКБ062-02-004-05 (ГОСТ 16130-72), що містить 60,5-63,5% міді, 0,1-0,3% кремнію, 0,03-0, 1% бору, 0,3-0,7% олова, решта - цинк. Бор, що входить до складу дроту, виконує функції флюсу. Застосування іншого флюсу при зварюванні цієї дротом не потрібно.
Хороша якість газового зварювання латуней досягається застосуванням флюсу БМ-1 (розроблений ВНДІ Автогенмаш), що складається з 25% метилового спирту і 75% метілбората, або флюсу БМ-2, що складається з одного метілбората. Ці флюси вводяться в зварювальну ванну у вигляді пари. Ацетилен пропускається через рідкий флюс, що знаходиться в особливому посудині (флюсоживильника), насичується парами флюсу і подається в пальник. Борний ангідрид В203 є флюс речовиною. Застосування флюсу БМ-1 підвищує продуктивність зварювання, дає метал шва з високими механічними властивостями і забезпечує майже повну нешкідливість процесу для зварника.
Сварка бронзи. Бронза - це сплави міді з оловом (3-14% - оловяністие бронзи), кремнієм (до 1% -кремністие бронзи), марганцем, фосфором, берилієм і ін. Зазвичай бронзи застосовуються для виготовлення литих деталей.
Зварні з'єднання марганцовистой бронзи (0,2-1% марганцю) відрізняються високою пластичністю і міцністю, що трохи перевищує міцність зварних з'єднань міді.
Берилієві бронзи, що містять до 0,05% берилію, утворюють зварні з'єднання з задовільною міцністю.
Існує кілька десятків марок бронз. За зварюваності бронзи значно відрізняються один від одного, тому і технологія зварювання бронз різноманітна.
Зварювання бронзи можна виконувати вугільним електродом з присадним металом, покритими електродами і не плавиться (вольфрамовим) електродом в захисному середовищі аргону. При зварюванні вугільним електродом встановлюється пряма полярність; напруга дуги - 40-45 В; зварювальний струм - 25-35 А на 1 мм діаметра електрода. У більшості випадків потрібно попередній підігрів до температури 300-400 ° С.
При зварюванні металевими покритими електродами береться зворотна полярність; зварювання на змінному струмі проводиться з осциллятором при підвищеному струмі.
Зазвичай присадний матеріал підбирають так, щоб його хімічний склад не змінювався з хімічним складом зварюваного металу.
При зварюванні вугільним електродом оловянистой бронзи застосовують присадочний метал в вигляді прутків з хімскладу: 8% цинку, 3% олова, 6% свинцю; фосфору, заліза і нікелю -0,2-0,3% кожного, решта - мідь.
Зварювання марганцовистой бронзи (наприклад, Бр.Мцб) виконують електродами «Комсомолець-100», обов'язково з попереднім підігрівом до 400-500 ° С. Для зварювання алюмінієвих і алю-мініевонікелевих бронз (виправлення дефектів лиття) можна застосовувати електроди АНМ ц / ЛКЗ- АБ з попереднім підігрівом до 150-300 ° с. Сварка виконується на постійному струмі при зворотній полярності короткими ділянками.
Як правило, бронзи зварюють в нижньому або похилому (до 15 °) положенні.
Газове зварювання бронз ведеться відновлювальних полум'ям, так як при окислювальному полум'я відбувається вигоряння легуючих елементів (олова, алюмінію, кремнію). Потужність полум'я встановлюють 100-150 дм3 ацетилену / год на 1 мм товщини зварюваного металу. При зварюванні користуються тими ж флюсами, що і для зварювання міді і латуні.
Газове зварювання бронз дає міцність зварних з'єднань, рівну 80-100% міцності зварюваного металу.
Мідь має гарну пластичність і міцність, високими показниками корозійної стійкості, електро- і теплопровідності і вакуумної щільності. Завдяки цим властивостям мідь застосовується в багатьох галузях промисловості: хімічної, електротехнічної, суднобудуванні і ін. В техніці використовують технічну мідь різного ступеня чистоти: МО, Ml, М2, МЗ, М4 і її сплави. Всі сплави на основі міді можна розділити на два типи: латуні (Л) і бронзи (Бр.) Латунь - сплав міді з цинком при вмісті цинку більше 4%. Застосовують латуні прості, леговані тільки цинком, і спеціальні латуні, які крім цинку містять і ряд інших легуючих компонентів. Бронзи є сплави міді, що містять не більше 5-6% цинку (зазвичай менше 4%).
Основними труднощами при зварюванні міді є наступні:
1. Легка окислюваність в розплавленому стані. Мідь взаємодіє з киснем. Закис міді, випадаючи на межі зерен, сприяє утворенню гарячих тріщин, охрупчіванію і зниження корозійних властивостей.
2. Схильність до утворення гарячих тріщин при утворенні оксиду Cu20 і наявності сірки, вісмуту і інших шкідливих домішок різко охрупчиваются метал.
3. Висока чутливість до шкідливого впливу водню. Розплавлена мідь добре розчиняє водень і при наявності в ній закису міді Cu20 схильна до «водневої хвороби». Водяна пара в даних умовах створюють в затверділому металі великий тиск і викликають появу «волосяних» тріщин, які можуть привести до руйнування вироби. Крім того, водень викликає пористість зварних з'єднань в зв'язку з різною розчинністю в розплавленої і твердої міді і утворенням водяної пари.
4. Схильність до зростання зерна і пов'язаного з цим охрупчіванію під впливом зварювального нагріву.
5. Поряд із зазначеними є ще труднощі і особливості, які необхідно враховувати при зварюванні; перш за все забезпечення необхідних експлуатаційних властивостей зварних з'єднань, наприклад корозійної стійкості, забезпечення електропровідності, рівній з основним металом і ін. Додатковими технологічними труднощами при зварюванні міді є висока теплопровідність, високий коефіцієнт лінійного розширення, жідкоте-кучесть.
Способи і технологію зварювання вибирають з урахуванням розглянутих особливостей і труднощів. Одна з головних завдань - не допустити утворення і нейтралізувати шкідливий вплив закису міді Сі20. З цією метою для захисту використовують інертний газ, флюси і покриття, що містять борні сполуки (бура, борний ангідрид, борна кислота) і зварювальні дроту з активними раскислителя-ми, наприклад, широко використовують дроту з бронз Бр. К.МцЗ-1, що містить кремній (-3%), марганець (
1%); МНЖКТ5-1-0,2-0,2, що містить нікель (
0,2%); Бр. Х0,5, що містить хром (
Основними видами зварювання міді є ручна дугова покритими електродами, автоматичне під флюсом, в захисних газах плавким і неплавким електродом, газова.
Мідь і її сплави мають високу жидкотекучестью, тому зварювання проводять в нижньому положенні на підкладках.
Найбільш прогресивними видами зварювання міді вважають зварювання в захисних газах неплавким (для товщини до 2-5 мм) і плавиться (для великої товщини) електродами. При зварюванні плавиться застосовують аргон, гелій, азот і їх суміші з невеликими добавками кисню. Наприклад, Чи не + (1-2)% 02, Аг + (2 4)% 02 і N2 + (4-6)% 02 або N2 (25-32)% +02 (4-6)% + Аг (72 - 68)%.
Основні труднощі і особливості зварювання мідних сплавів ті ж, що при зварюванні міді.
Додатковими особливостями є наступні: - тепловкладення (величина зварювального струму) зменшується в порівнянні зі зварюванням міді в зв'язку з меншою теплопровідністю сплавів в порівнянні з чистою міддю; - - присадний дріт вибирається відповідно до маркою сплаву; - сплави, як правило, більш схильні до структурних змін; - специфічні особливості.
Специфічною трудністю при зварюванні бронз є їх підвищена текучість. При зварюванні бронз, що містять алюміній, виникають труднощі, пов'язані з утворенням оксиду алюмінію А1203, тому методи і техніку зварювання вибирають такі ж, як і при зварюванні алюмінію, а режими - характерні для мідних сплавів.