Сварка меди и ее сплавов

Инертная при обычных температурах медь при нагреве вступает в реакцию с кислородом, серой, фосфором. С азотом медь не реагирует, что позволяет его использовать как защитный газ при сварке чистой меди. Газы, образующиеся в результате реакций, в твердой меди не растворяются и нарушают металлическую связь, приводя к образованию трещин, так называемой «водородной болезни». Водород вызывает пористость в металле шва и образование трещин.

Ручная сварка неплавящимся электродом применяется в среде аргона и азота. Наиболее целесообразно использовать азот высокой чистоты, в котором эффективный и термический КПД дугового разряда, глубина проплавления выше, чем при сварке в аргоне или гелии, но устойчивость дугового разряда ниже. Поэтому для  сварки тонколистового металла  или для сварки в труднодоступных местах рекомендуется аргон, обеспечивающий устойчивость дугового разряда. Дуга зажигается на графитовой пластине, а сварка ведется с максимальной скоростью в один проход на постоянном токе прямой полярности электродом из лантанированного вольфрама. Для уменьшения отвода тепла и нормального формирования шва сварку выполняют на асбестовых или графитовых подкладках с канавками. При сварке меди толщиной более 4 мм рекомендуется подогрев до 300—400 °С. Электрод располагают строго в плоскости стыка под «углом назад» (60—80°). Для аргонодуговой и азотнодуговой сварки применяется присадочный металл различного состава, так как в азоте возможно образование нитридов. Для удаления оксидов рекомендуется использовать флюс, который можно наносить на присадочную проволоку, свариваемые кромки или в канавку подкладки.

Сварка покрытыми электродами позволяет получить удовлетворительные механические свойства сварных соединений, но состав металла шва существенно отличается от состава основного металла из-за легирования при сварке раскислителями. Без подогрева и разделки кромок сваривают изделия из меди толщиной до 4 мм, при толщине 5—10 мм следует применять предварительный подогрев до 250—500 °С и V-образную разделку кромок с углом 60—70° и притуплением 1,5— 3 мм. При больших толщинах требуется Х-образная разделка. Для изделий толщиной более 20 мм швы хорошего качества можно получить только при подогреве до 700—750°С. Наиболее широкое распространение получили электроды «Комсомолец-100», ЗТ, ОМЗ-1 и ММЗ-2. Сварку ведут электродами диаметром 4—6 мм на постоянном токе обратной полярности. Электроды ММЗ-2 можно использовать и при переменном токе. Сварку выполняют короткой дугой без колебаний конца электрода. Стыковые швы сваривают на графитовых или медных пластинах. После сварки рекомендуются проковка и быстрое охлаждение водой.

Сварка графитовым или угольным электродом рекомендуется преимущественно для малоответственных изделий. Плотность тока на электродах 200—400 А/см2. Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности в нижнем положении длинной дугой (20—25 мм) при напряжении на дуге 40 В и наклоне электрода «углом вперед» на 10—20° к вертикали. Присадочным материалом служат прямоугольные или круглые прутки сечением 20—25 мм2 из меди марок M1, M2, МЗ или из меди с присадкой фосфора, являющегося его активным раскислителем. Для улучшения качества шва и лучшего протекания процесса применяют нейтральные шлаки, которые обычно наносят на присадочные прутки или кромки изделия, смоченные жидким стеклом. При толщине металла до 5 мм стыковые соединения сваривают без разделки кромок, при большей толщине делают разделку под углом 70—90°. Сварку ведут на графитовой или асбестовой подкладке с зазором не более 0,5 мм. Сварка стыковых соединений должна производиться за один проход на максимальной скорости (не менее 15 м/ч). Присадочный пруток располагают впереди дуги под углом 15—30° к плоскости свариваемых деталей, а расстояние от его конца до металла должно равняться 5—6 мм. После сварки рекомендуется проковка швов. Соединение из металла толщиной до 5 мм проковывают без подогрева, при большей толщине — с подогревом до 800 °С и последующим быстрым охлаждением.

Плазменная сварка применяется для соединения деталей толщиной 30 — 40 мм и более без разделки кромок. Этот способ варки позволяет вводить в сварочную ванну тепловые потоки большой величины без ухудшения условий формирования сварного шва и нарушения стабильности горения дуги.

Газовая сварка. В этом виде сварки газовая горелка является тепловым источником малой сосредоточенности, что затрудняет поддержание сварочной дуги нормальных размеров. Поэтому мощность пламени при сварке изделий из меди толщиной до 4 мм выбирают из расчета 150—175 дм 3/ч ацетилена на 1 мм толщины свариваемого металла, при толщине до 8— 10 мм мощность увеличивают до 175—225 дм3/ч. При больших толщинах рекомендуется сварка двумя горелками — одной ведется подогрев, а другой — сварка. Для уменьшения теплоотвода и компенсации тепла, уходящего в околошовную зону, применяют асбестовые подкладки и предварительный подогрев. Газовой сваркой сваривают стыковые и угловые соединения. При толщине до 3 мм разделку кромок не делают, а при больших толщинах выполняют Х-образную разделку под углом 45 ° с каждой  стороны  стыка  с  притуплением  0,2  толщины свариваемого металла. Тонкие листы сваривают без зазора, а листы толщиной свыше 6 мм сваривают на графитовых или угольных подкладках. Свариваемые изделия устанавливают под углом 10° к горизонтальной плоскости. Сварку ведут «на подъем» за один проход. Детали прихватками не скрепляют, а длинные швы сваривают в свободном состоянии обратноступенчатым способом. Диаметр присадочной проволоки равен 0,5 — 0,75 толщины свариваемого металла, но не более 8 мм. Для предохранения меди от окисления, а также для раскисления и удаления в шлак образующихся окислов сварку выполняют с флюсом в виде порошка, пасты или газа. Для улучшения механических свойств наплавленного металла, повышения плотности и пластичности металл шва рекомендуется проковывать в холодном состоянии при толщине до 4 мм и при нагреве до 550 — 600 °С для большей толщины. После проковки можно применить термическую обработку (нагрев до 550 — 600°С и охлаждение в воде), что дополнительно улучшит свойства шва.

Сварка сплавов на основе меди. Латунь небольшой толщины сваривают графитовым электродом на постоянном токе прямой полярности короткой дугой без присадки с погружением конца электрода в расплавленный металл. С увеличением количества цинка в латуни дугу уменьшают, что снижает его испарение и выгорание. При толщине латуни более 10 мм требуется предварительный подогрев до 300 — 350 °С. Сварку ведут только с разделкой кромок: под углом 70 ° и притуплением 1,5 — 2 мм при толщинах 3—16 мм и рюмкообразная разделка при больших толщинах. Присадкой служат стержни из металла ЛК80 — 3 диаметром 6 — 8 мм, на которые наносят специальный флюс. Сварку покрытыми электродами выполняют, если нельзя применять другие способы, так как при этом способе сварки происходит наиболее интенсивное выгорание и испарение цинка. Сварку осуществляют на постоянном токе обратной полярности электродами ЗТ на возможно короткой дуге без колебаний конца электрода. При толщине металла 4—10 мм делают V-образную разделку кромок, а при больших толщинах — Х-образную с углом раскрытия 60 — 70 э. Сварку производят на асбестовой прокаленной подкладке.

Латунь можно сваривать вольфрамовым электродом в защитных газах. В этом случае для деталей толщиной более 10 мм, а также разных по толщине деталей требуется предварительный подогрев. Газовую сварку латуни выполняют окислительным пламенем с применением специальных флюсов и присадочного металла, легированных кремнием и бором. Конец ядра сварочного пламени должен находиться на расстоянии 70 — 100 мм от свариваемой поверхности. Пламя направляют на присадочную проволоку, устанавливаемую под углом 90 ° к мундштуку. Конец присадочной проволоки должен всегда находиться в зоне пламени. Мощность пламени берется из расчета 100—120 дм 3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Металл толщиной до 1 мм сваривают с отбортовкой кромок, свыше 1 до 5 мм — без скоса кромок, от 6 до 15 мм — с V-образной разделкой кромок под углом 70 — 90°, от 15 до 25 мм — с Х-образной разделкой кромок под углом 70 — 90 ° и притуплением 2 — 4 мм.

Изделия из деформируемых бронз толщиной до 4 мм сваривают всеми способами дуговой сварки без подогрева. Литейные бронзы сваривают с подогревом. В основном бронзы сваривают угольными или покрытыми электродами. Для электродных стержней или присадочного металла используют металл, аналогичный основному. Флюсы и покрытия для сварки оловянистых бронз изготовляют на борной основе, а для сварки безоловянистых бронз — флюсы из фтористых и хлористых солей щелочных и щелочно-земельных элементов и криолита. При газовой сварке оловянистых бронз пламя берется строго нормальным, так как окислительное пламя приводит к выгоранию олова, а науглероживающее — к увеличению пористости в металле шва. Мощность пламени до 70—120 дм 3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Сварку выполняют восстановительной зоной пламени. Для сварки оловянистых бронз используют те же флюсы, что и для сварки меди. Для сварки алюминиевых бронз применяют тоже нормальное пламя мощностью 120—170 дм 3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла и специальные флюсы для удаления тугоплавкой окисной пленки. Пламя для сварки кремниевых бронз берется строго нормальное мощностью 100 дм 3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Флюсы применяют те же, что для меди и латуни.