Сварка меди

Медь в чистом виде практически не применяется, в наличие примесей осложняет сварочный процесс. Введение примесей и легирующих элементов в меди разделяет ее на сплавы, к которым относят: латунь, бронзу и медно-никелевые сплавы.

Латунь - сплав меди с цинком.
Медно-никелевыми сплавами называют сплавы меди с никелем или с железом и марганцем.
Бронзой считают сплавы, в которых основными легирующими элементами являются никель или цинк.

Наличие примесей определяют физико-химические свойства сплава, к которым относят:

• высокую теплопроводность сплава, которая приводит к большим скоростям охлаждения сварочной ванны, что в свою очередь влечет за собой рост зерен и ухудшение качества шва. Бороться с этим явлением помогает сварка с использованием повышенной погонной энергии;
• высокий коэффициент термического расширения, что вызывает большие остаточные напряжения и деформации;
• высокую литейную усадку остывающего металла, что влечет за собой деформации сварочного шва и околошовной зоны, а в случаях жесткого закрепления деталей - высокие остаточные напряжения и деформации;
• интенсивное испарение цинка из расплавленного металла, что способствует появлению пористости шва;
• высокая чувствительность расплавленной меди к водороду, способствующая появлению пузырьков воды, что является причиной многочисленных пор и трещин. Это явление называют водородной болезнью меди;
• легкая окиеляемость меди при высоких температурах, что приводит к образованию тугоплавких оксидов;
• высокую текучесть расплавленной меди, что приводит к дополнительным трудностям при сварке (особенно в вертикальных и потолочных швах).

Подготовительный этап включает в себя тщательную разделку и очистку поверхностей непосредственно перед сваркой. Для этого свариваемые кромки и околошовную зону зачищают шабером или металлической щеткой до блеска, после чего выполняют обезжиривание бензином, уайт-спиритом или другим растворителем. Зазор между свариваемыми поверхностями не должен превышать 2 мм, поэтому детали сжимают между собой или выполняют прихватки.

Сварочную проволоку перед употреблением подвергают очистке травлением. Для этого применяют водный раствор азотной кислоты (75 см³/л) или смесь серной и соляной кислоты в соотношении 100:1 с последующей промывкой в воде, затем в щелочи, после чего снова в чистой проточной воде. После промывки проволоку сушат горячим воздухом. Медные электроды перед сваркой прокаливают, что снижает вероятность проявления водородной болезни.

Сварку меди и ее сплавов выполняют в среде защитных газов, в качестве которых служат азот, аргон или гелий, а также их смеси. Наибольшая эффективность сварки достигается при использовании азота, обеспечивающего высокий КПД дугового разряда. Ручная сварка угольным электродом применяется для малоответственных деталей и изделий. Угольные электроды целесообразно использовать при толщине меди до 15 мм. При толщине меди больше этого значения пользуются графитовыми или вольфрамовыми электродами. Сварку выполняют на постоянном токе прямой полярности плотностью 200 - 400 А/см². Электроды затачивают на конус (на ⅓ длины).
Перед началом сварки, а также в процессе ее металл толщиной до 5 мм подвергают предварительному подогреву: медь -250 - 300°С, латунь - 300 - 350°С и бронзу - 500 - 600°С.

Схема взаимного расположения горелки, присадочной проволоки и сварочной ванны приведена на рис.42. Для того, чтобы избежать попадания расплавленного металла на неплавящийся электрод, присадочную проволоку вводят не в столб дуги, а подают к краю и несколько сбоку , что одновременно обеспечивает равномерное расплавление.
Длину сварочной дуги поддерживают в пределах 1,5-3 мм, а вылет конца электрода - 3 - 5 мм. Электрод располагают под углом 75 - 90° к свариваемому изделию, присадочную проволоку - под углом 10 - 15°. Если защитный газ недостаточно защищает металл от окисления, присадочный материал применяют с раскислителем. Режимы ручной дуговой сварки в среде аргона приведены в таблице 16.

Рис. 42 Взаимное расположение присадочной проволоки, горелки и сварочной ванны: 1-проволока;2-сварочная ванна;3-электрод; 4-сварочный шов.

Таблица 16. Режимы ручной дуговой меди

 

Тип сварного соединения	Толщина свариваемого металла, мм	Диаметр, ми		Расход аргона, л/мин	Сила сварочного тока,А	Число проходов
		Вольфрамового электрода	Присадочной проволоки
Стыковое без скоса кромок	1	2-3	1-2	4-5	75-90	1
	1,5	2-3	2-3	4-5	80-100	1
	2	2-3	2-3	4-5	90-120	1
	3	3-4	3-4	5-6	120-140	1
	4	3-4	3-4	5-6	150-200	2
Тоже, со скосом двух кромок	4 5-6	3-4 4-5	3-4 4-5	9-12 9-12	120-150 1 80-200	2 3
	8-10	4-5	4-5	9-12	250-300	3-4
Стыковое двустороннее со скосом кромок	20	4-5	5-6	12-14	300-400	6
	25	4-5	5-6	12-14	350-500	6
Нахлёс-точное и угловое	1 1,5 2-3 3-4	3 3 3-4 4-5	2 2-3 3-4 4-5	5-6 5-6 6-8 8-10	100-110 110-140 150-200 200-300	1 1 1 1-2

Первые слои сварочного шва накладывают без колебаний электрода, следя за тем, чтобы все прихватки были полностью проварены. Сварку ведут без перерыва, особое внимание уделяя проварке корня шва. В случае вынужденных перерывов необходимо следить за тем, чтобы сечение было заполнено металлом не менее чем на половину стенки. Возобновляют сварку только после зачистки и предварительного подогрева, перекрывая ранее наложенный шов на 10-20 мм.

После сварки шов проковывают, а затем отжигают при температуре 600 - 660°С для выравнивания химического состава и получения мелкозернистой структуры шва.