Сварка меди и сплавов на ее основе

Медь – первый металл, который человек начал использовать. Содержание меди в земной коре 0,01%. Основные теплофизические свойства меди приведены в таблице 1.

Медь и ее сплавы широко применяются во многих областях и в настоящее время из-за ценных технических и технологических свойств. К недостаткам следует отнести ее сравнительно высокую плотность, а также склонность к окислению при повышении температурах, коррозионному растрескиванию и «водородной болезни». При изготовлении изделий (конструкций) из меди и ее сплавов применяют различные виды сварочных процессов.

Особенности сварки:

В первую очередь высокая теплопроводность, которая больше чем у алюминия в 1.7 раза, низкоуглеродистой и низколегированной стали в 6 раз и нержавеющей стали в 10 раз;

Существует провал прочностных и пластических характеристик в интервале температур от 250⁰ … 550⁰С;

Обладают высокой жидкотекучестью, которая больше чем у стали в 2 раза. Высокая растворимость кислорода в жидкой и твердой фазе. Последнее сильно влияет на образование тугоплавкой эвтектики Cu + Cu₂O с температурой плавления 1064⁰С. Эвтектика образуется по границам зерен, которые разрушаются. Это явление называется «водородной болезнью» (боязнью). Возможны следующие взаимодействия:

Cu₂O + H₂ = 2Cu + H₂O пар

Cu₂O + CO = 2Cu + CO₂ газ

Образовавшийся пар (газ) скапливается по границам зерен (эвтектика) и создает значительные давления, приводящие к образованию многочисленных трещин. Для предотвращения трещинообразования в шве сварочную ванну эффективно раскислять фосфором до 0,3%:

5 Cu₂O + 2 P = 10 Cu + P₂O₅ ↑

Содержание кислорода в основном металле не должно превышать 0,01%.

Дополнительно в процессе сварки вводят в сварочную ванну кремний, титан, алюминий, марганец и т.п. как раскислители и одновременно как модификаторы.

В данной работе рассматриваются виды сварки, которые нашли применение на судостроительных и – ремонтных предприятиях.

Сварка меди.

Сварке подлежит глубокораскисленная (Мр) или бескислородная (Мб) медь.

Газовая сварка строго нейтральным пламенем (β = 1,1), присадочная проволока диаметром 0,8÷8,0 мм, флюс на основе буры (Na₂B₄O₇), соединение формируется графитовыми подкладками.

Присадка МСр (Ag ~ 1,0 %) обеспечивает электро – и теплопроводность соединения.

Сварка штучным электродом типа «Комсомолец…», АНЦ/ОЗМ – 3, ОЗБ – 3. постоянный ток, обратная полярность.

Сварка в среде защитных газов Ar, Не и N₂ неплавящимся электродом. Медь нейтральна к азоту – сварочную ванну и прилегающие участки защищают азотом, а вольфрамовый электрод инертным газом, что резко сокращает расход дорогостоящего инертного газа. Постоянный ток, прямая полярность.

Возможна сварка плавящимся электродом в среде инертных газов и под слоем флюса. Флюс ОСЦ – 45; АН - 348А и ограниченное применение ФЦ- 10.

При сварке плавлением необходимо предварительно подогреть до температуры ~ 450⁰С как медь, так и ее сплавы.

Сварка бронзы

Значительную сложность вызывает сварка оловянистых и свинцовистых бронз из – за выгорания легкоплавких элементов при дуговых процессах.

Газовая сварка аналогична сварке меди, но с подбором соответствующего присадочного металла.

Сварка штучным электродом применяется для исправления в основном браков литья. Отдельные марки электродов приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Рекомендуемые марки электродов и свариваемые сплавы.

Сварка в среде инертных газов неплавящимся электродом с присадочными проволоками БрОЦ4-3, БрОФ, 5-0, 15, БрКМц 3-1,БрАМц9-2 и типа МЖКТ дает хорошее качество соединениям.

Сварка неплавящимся электродом в среде инертного газа бронз типа БрОЦ 4-3 сопровождается значительным разбрызгиванием и, возможна под слоем флюса ОСЦ-45 и АН-348А. сварочная проволока указана ранее. Качество удовлетворительное. Высоким качеством обладает плазменные процессы.

Сварка латуни

Сварка латуни осложняется выгоранием цинка (температуры плавления 419⁰С и кипения 906⁰С), окись цинка ядовита и дает белый налет на соединении.

Газовая сварка окислительным пламенем (β = 1,2 … 1,4). Пламя создает плотную окисную пленку на сварочной ванне и предотвращается дальнейшее выгорание цинка. Присадочная проволока Л62 и т.п.

Дуговые способы имеют ограниченное применение. Штучные электроды марки: МН-5; ЛК-80-3- дефекты литья. Возможен способ сварки под слоем флюса ОСЦ- 45, АН -348А; ФЦ -10 и предпочтительно использовать проволоку БрКМц3-1.