Книги по строительству и ремонту

Ручная дуговая сварка

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

18.2. Сварка меди и ее сплавов

Сварка деталей из меди достаточно затруднена из-за ее специфических теплофизических свойств. Медь отличается высокой теплопроводностью (в шесть раз больше, чем у железа), увеличенным коэффициентом линейного расширения и жидкотекучестью.

При сварке она легко окисляется, образуя оксид Си2О, который выделяется по границам зерен меди при ее остывании и, имея более низкую температуру плавления, чем медь, способствует образованию кристаллитных трещин. Расплавленная медь хорошо растворяет водород, который при кристаллизации шва (с большой скоростью охлаждения вследствие высокой теплопроводности) выделяется и образует пористость. Соединяясь с оксидом меди, водород, кроме того, образует воду

Вода превращается в пар, который при затвердевании металла не успевает выделиться.

Находясь в порах под большим давлением, пары ЕОДЫ способствуют образованию трещин. Такой дефект сварки называют «водородной болезнью», так как первопричиной его был водород.

Несмотря на указанные трудности сварки, медь широко применяют в качестве конструкционного материала при изготовлении химической аппаратуры, электротехнических устройств и других изделий. Это объясняется ее высокими механическими свойствами (сув в отожженном состоянии 200 МПа, 65=50%, ан—160—180 Дж/см2), которые сохраняются в условиях самых низких температур, коррозионной стойкостью, высокой электропроводностью и хорошей обрабатываемостью.

При сварке меди основной задачей является уменьшение содержания в сварочной ванне кислорода и водорода.

ГОСТ 859—78* предусматривает ограничение содержания в меди висмута, свинца, серы и фосфора, которые ухудшают свариваемость. Для сварки конструкций содержание кислорода должно быть не более 0,01%.

Большая теплопроводность меди вызывает быстрое остывание ванны, вследствие чего для удаления из нее газов и шлаков требуются увеличенная погонная энергия, а также в большинстве случаев предварительный подогрев и применение более активных раскислителей, чем при сварке стали. В связи с повышенным линейным расширением меди при сварке требуется жесткое закрепление сварных соединений или же сборка их на прихватках. Жидкотекучесть ванны ограничивает сварку только в нижнем или слегка наклонном положениях и требует применения подкладок из графита, асбеста, флюса и других материалов.

При сварке меди металлическими покрытыми электродами применяют электроды марки ЗТ, К-ЮО («Комсомолец-100»), ММЗ-2 и др. Медь толщиной до 4 мм сваривают без скоса кромок, при большей толщине делают разделку с общим углом 70—90°. Сварку ведут постоянным током обратной полярности, силу тока подбирают по формуле /CB = 50d3. При сварке поддерживают короткую дугу без колебаний электрода. После сварки следует проковать шов: при толщине 4^-5 мм — в холодном состоянии и при большей толщине — после подогрева до 300—400 °С с последующим отжигом.

Предварительный подогрев до 300—500 °С применяют при толщине металла более 4—5 мм.

Электродами ММЗ-2 можно вести сварку на переменном токе, но при этом разбрызгивание увеличивается.

Металл шва, выполненный покрытыми электродами, обладает хорошими механическими свойствами (ав=200 МПа, б5=18—20%, <хн=60—80 Дж/см2). Однако его состав отличается от состава основного металла из-за присутствия легирующих элементов (Мп, Si и др.), применяемых при сварке в качестве раскислителей и ухудшающих электропроводность и другие свойства.

Сварка меди в среде инертных газов неплавящимся электродом обеспечивает высокое качество сварного соединения. В качестве защитных газов используют аргон или азОт, который для меди является нейтральным и защитным газом. Сварка в азоте отличается более глубоким проплавлением и высокой производительностью, однако устойчивость дугового разряда в азоте ниже, чем в аргоне или гелии. Чаще используют смесь газов аргона и азота высших сортов (70—80)% Ar+(20—30)% N2, что экономит дорогой аргон, повышает устойчивость дуги и производительность труда. Для сварки используют лаптанирован-ные (ЭВЛ) или итерированные (ЭВИ) вольфрамовые электроды. Металл толщиной до 5 мм сваривают без разделки кромок, при толщине 6—12 мм делают одностороннюю разделку со скосом 2 кромок, а при большей толщине — двухстороннюю с углом раскрытия 70—90°, притупления не оставляют. Для присадки применяют проволоку из меди и ее сплавов. Несмотря на газовую защиту, кислород все же попадает в шов, поэтому применяют проволоку с раскислителями, например с марганцем и кремнием, однако шов при этом теряет свои высокие теплофизические свойства. Более эффективно применение проволок, низколегированных редкоземельными металлами, которые удаляют кислород, но не остаются в шве.

Свариваемые кромки и проволоку перед сваркой тщательно очищают механическим путем и обезжиривают. Металл толщиной 4—5 мм сваривают с подогревом до 350 °С, при большей толщине температуру подогрева увеличивают до 400—800 °С. Сварку ведут постоянным током прямой полярности либо переменным током, используя типовые установки УДГ-501, УДГУ-301 и др. Стыковые соединения сваривают на графитизированной или флюсовой подкладке. Применяют повышенную силу сварочного тока: при толщине металла 2—4 мм — 200—300 А, при толщине 6— 10 мм(—250—400 А. Сварку ведут справа налево при небольшом наклоне электрода углом вперед на 80— 90е по отношению к изделию и наклоне присадочной проволоки на 10—15°.

Дуговая сварка меди угольным электродом применяется ограниченно для малоответственных соединений. Сварку ведут угольными или графитизированными электродами диаметров 4—20 мм в нижнем положении на постоянном токе прямой полярности силон 200—700 А длинной дугой во избежание науглероживания металла и увеличения пористости. Диаметр электрода подбирают в зависимости от толщины металла, а силу тока берут в пределах (45—55)d3. Присадочную проволоку применяют диаметром 3—5 мм марки Ml или бронзовую марки БрКМц-3-1. Защитный флюс, составленный из прокаленной буры и 5 % металлического магния, наносят в виде пудры на свариваемые кромки или проволоку, предварительно смоченные раствором жидкого стекла и затем просушенные на воздухе. Перед сваркой начальный участок подогревают до 250—200 °С. Металл толщиной до 4 мм сваривают без скоса  кромок, при  большей толщине делают разделку с углом 80—90°. Сваренный шов следует проковать при температуре 550—750° и быстро охладить в воде.

Дуговая сварка латуни затруднена тем, что при ее нагреве и расплавлении испаряется цинк, являющийся составной частью латуни, вследствие чего ее качество (прочность и плотность) ухудшается, а кроме того, выделяются вредные для здоровья пары цинка и его окислов.

Латунь небольшой толщины сваривают графитизированными электродами. Для уменьшения выгорания цинка поддерживают короткую дугу, а заостренный конец электрода погружают в ванночку расплавленного металла, в результате чего дуга горит в газовом пузыре из паров цинка и его выгорание уменьшается. Сварку ведут постоянным током прямой полярности без присадочного металла. При толщине металла 3— 16 мм делают одностороннюю разделку под углом 70°, при большей толщине — криволинейную разделку, притупление оставляют 1,5—2 мм. Металл толщиной более 10 мм подогревают перед сваркой до 300— 350 °С. Сварку ведут на подкладках, предохраняющих от прожогов, с присадочным металлом — проволокой марки ЛК80-3 диаметром 6—8 мм, предварительно покрытой флюсом. Используют флюс, состоящий из смеси: криолита — 35%, хлористого натрия — 12,5, хлористого калия — 50 и древесного угля — 2,5 %. Сварные соединения, выполненные указанным способом, имеют высокие механические показатели: ов = =360—400 МПа, угол загиба  170—180°.

ДЛЯ сварки латуни покрытыми электродами применяют электроды с покрытием типа ЗТ со стержнем из бронзы БрКМц-3-1. Сварку выполняют короткой дугой без колебаний конца электрода постоянным током обратной полярности. Под стыком укладывают прокаленную асбестовую подкладку. При толщине латуни до 4 мм сварку ведут без разделки кромок, при толщине 4—10 мм делают одностороннюю разделку под углом 60—70°, а при большей толщине — двухстороннюю разделку. Подогрев применяют при толщине металла более 10 мм.

Покрытыми электродами сваривают в основном дефекты литья и, при невозможности применить другие способы, соединения из простых цинковых  латуней. Для сварки латуни более сложного состава (с примесью Mn, Fe, Al и других элементов) стержень электрода берут того же состава, что и основной металл.

Латунь хорошо сваривается в аргоне вольфрамовым электродом. В качестве присадочного металла при этом используются прутки из бронзы БрКМц-3-1. При сварке сложных латуней применяют присадочную проволоку того же состава, что и свариваемый металл. Подготовка соединений к сварке, разделка кромок и подогрев аналогичны сварке покрытыми электродами.

Бронзы представляют собой сплавы меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием и другими элементами.

Бронзы обладают хорошими литейными, антифрикционными и антикоррозионными свойствами, высокой прочностью и пластичностью (примерно на уровне меди), хорошо обрабатываются и поэтому широко применяются в промышленности. Существует значительное количество марок бронз различного назначения, химический состав которых необходимо учитывать при сварке. Бронзы сваривают угольными, покрытыми электродами, а в среде аргона — вольфрамовьши электродами. Сварка бронз аналогична сварке меди, но имеет свои особенности.

При сварке бронзы угольным электродом в качестве присадочного металла применяют литые бронзовые прутки того же состава, что и основной металл. Флюсы подбирают разного состава. Для сварки алюминиевых бронз флюс изготовляют из хлористых и фтористых солей щелочных и щелочно-земельных металлов и криолита для удаления оксида алюминия. Для сварки оловянистых бронз флюс изготовляют из смеси буры и борной кислоты. Флюс, замешанный жидким стеклом, наносят на кромки и присадочные прутки, причем при нанесении на прутки в смесь добавляют 20 % древесного угля. При сварке бронз применяют предварительный подогрев до невысоких температур; для оловянистых бронз температура подогрева должна быть не более 100—150 °С. Сварку выполняют постоянным током прямой полярности.

Бронзы сваривают металлическими электродами со стержнями, близкими по составу к основному металлу,  покрытыми  различного типа  обмазками.  Например, для сварки и наплавки алюминиевой бронзы марки БрАМц-9-2 применяют стержни из проволоки БрАМц-9-2, покрытые смесью следующего состава, %: криолит — 83, хлористый калий — 5, ферромарганец — 8, алюминиевая пудра—2 и бентонит —2. Смесь замешивают жидким стеклом. Сварку этими электродами ведут постоянным током обратной полярности с предварительным подогревом до 200—300 °С. При толщине металла более 4 мм применяют разделку кромок под углом 90°. Швы накладывают при токе средней силы тонкими широкими слоями. Бронзы оловянистые также сваривают покрытыми электродами, но стержни делают из бронзы БРОФ6,5-0,15 с повышенным содержанием фосфора. Большинство марок бронз хорошо сваривается неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона без присадочного (при толщине до 4 мм) и с присадочным металлом того же состава, что и основной металл. Сварку ведут постоянным током прямой полярности. Медно-оловя-нистые бронзы сваривают без подогрева при толщине до 10 мм, медно-алюминиевые — до 6 мм, а медно-кремнемарганцевые — до 15 мм. При сварке алюминиевых бронз присадочные прутки покрывают флюсом из хлористых и фтористых солей щелочных и щелоч-но-земельных металлов и криолита или же применяют переменный ток.