Особенности сварки меди и ее сплавов

Основные сведения

СВАРКА МЕДИ И ЕЕ СПЛАВОВ

Медь обладает плотностью 8,94г/см³, температура плавления 1083°С, предел прочности 20-24 кгс/мм².

Техническая медь в зависимости от марки может иметь различное количество примесей Bi, Sb, Fe, Ni, Pb, Zn, P, O. В наиболее чистой марки меди М00 примесей может быть до 0,01%, марки М4 до 1%. Сплавы на медной основе в зависимости от состава легирующих элементов относятся к латуням, бронзам, медно-никелевым сплавам.

Латунь – сплав меди с цинком. Содержание цинка до 42%. Если помимо цинка содержатся другие элементы (Al, Fe, Ni, Si), то сплавы называются сложными латунями. Латуни имеют повышенную прочность по сравнению с чистой медью (σ_в до 50 кгс/мм²). При содержании Zn>20% сплавы имеют склонность к коррозионному растрескиванию и образованию трещин при местном нагреве. Латуни применяются в качестве конструкционного материала, обладающего высокой коррозионной стойкостью и более прочного, чем медь.

Сплавы на медной основе, в которых цинк не является легирующим элементом, называются бронзами. Название бронзы уточняется по главному легирующему элементу, благодаря которому бронзы приобретают те или иные свойства. Бывают бронзы оловянистые (2-10% Sn), алюминиевые (4-11,5% Al), кремнистые (0,5-3,5% Si), марганцовистые (до 5,5% Mn), бериллиевые (1,9-2,2% Be), хромистые (0,4-1% Cr).

Оловянистые бронзы имеют хорошую коррозионную стойкость и антифрикционные свойства. Поэтому они широко применяются при изготовлении коррозионно-стойкой арматуры, для различных трубопроводов, вкладышей подшипников и др.

Бронзы алюминиевые и кремнистые имеют высокие механические свойства и хорошую коррозионную стойкость. Они дешевле, чем оловянистые и где можно их используют вместо оловянистых.

Марганцовистые бронзы помимо хорошей коррозионной стойкости обладают повышенной жаропрочностью.

Бериллиевые бронзы имеют высокую коррозионную стойкость и после термообработки становятся не магнитными с очень высокой прочностью, соответствующей прочности стали.

Медно-никелевые сплавы могут содержать до 30% Ni, а также железо, марганец. Сплав МНЖ5-1 отличается прочностью и коррозионной стойкостью, используется как конструкционный материал для изготовления трубопроводов и сосудов, работающих в агрессивных средах.

1. Высокий коэффициент теплопроводности (в 6 раз выше, чем у стали) обуславливает применение сильно концентрированных источников нагрева и повышенные режимы сварки, а также предварительного и сопутствующего подогрева.

2. Склонность к росту зерна требует специальной механической обработки (проковки) для измельчения зерна.

3. Легкая окисляемость меди. В расплавленном состоянии образующаяся при этом закись меди растворима в жидкой меди и образует с медью легкоплавкую эвтектику, которая располагаясь по границам кристаллов, снижается стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин. Опасными примесями меди в отношении снижения стойкости против образования кристаллизационных трещин в сварных швах являются также висмут и свинец.

4. Пониженная стойкость металла шва против образования пор, обусловленная выделением водяного пара и возможно водорода из кристаллизующегося металла шва. Водяные пары образуются за счет восстановления растворенным водородом закиси меди. Образующиеся пары воды, которые не растворяются в меди и не могут из нее выйти, создают в металле значительные напряжения, приводящие к образованию микротрещин. Это явление получило название водяной болезни меди.

Сродство меди к азоту весьма мало. В связи с этим азот не является возбудителем пор и даже может быть использован в качестве защитной атмосферы при сварке меди.

5. Высокий коэффициент линейного расширения (в 1,5 раза выше, чем у стали) определяет необходимость применения дополнительных мер против деформации конструкции.

6. Повышенная жидкотекучесть металла затрудняет сварку меди в вертикальном и особенно в потолочном положении.

7. При сварке латуней возможно испарение цинка. Образующийся окисел цинка ядовит, поэтому при сварке требуется хорошая вентиляция. Испарение цинка может привести к пористости шва. Борьба – предварительный подогрев до температуры 200-300°С и повышенная скорость сварки.

При сварке алюминиевых бронз образуется тугоплавкий окисел Al₂O₃, засоряющий сварочную ванну, ухудшающий сплавление металла и свойства шва. Борьба – применение флюсов из фторидов и хлоридов.

Подготовка кромок зависит от толщины металла. При δ<5 мм сварка без скоса кромок, при δ<6-12 мм V-образная разделка, при большей толщине X-образная разделка. Металл δ<5 мм сваривают с подогревом до 350°С. Более толстый металл требует подогрева до температуры 600-800°С.

Механизированная сварка под флюсом возможна неплавящимся электродом угольным или графитовым, либо плавящимся электродом. Используют стандартные сварочные автоматы и флюсы типа АН-348А и ОСЦ-45. Сварочная проволока – медь марки М1 и М2 или бронзы, содержащие раскислители. Диаметр проволоки 3-5 мм.

Однопроходную сварку и первые слои многопроходных швов ведут либо на графитовой подкладке, либо на флюсовой подушке. При отсутствии предварительного подогрева сварку начинают на выводной планке.

Для сварки латуней используют флюсы АНФ-5 и МАТИ-5, электроды из медной проволоки.

Для ручной дуговой сварки используют электроды марок «Комсомолец-100», ЗТ, ЛПИ-1. Для электродов «Комсомолец-100» используют медные стержни М1 и М2, толстое покрытие имеет состав: плавиковый шпат 15%, полевой шпат 12,5%, кремнистая медь 25%, марганец 47,5%. В электродах ЗТ – стержень бронзовый. Сварку ведут электродами 4-6 мм, короткой дугой без поперечных колебаний на постоянном токе обратной полярности (ток J=50÷60d_э). Металл шва обычно прочный, но с пониженными теплофизическими и электрическими свойствами.

Новые электроды, вместо «Комсомолец-100», АНЦ/ОЗМ-2 требуют незначительный подогрев. Сварка на постоянном токе обратной полярности для медных шинопроводов, арматуры.

Для сварки бронз и заварки дефектов применяют электроды ОЗБ-1 и ОЗБ-2.

Дата добавления: 2014-12-25