Сварка меди и ее сплавов

Сварка меди затрудняется ее высокой теплопроводностью, высокой текучестью, способностью сильно окисляться в нагретом и особенно в расплавленном состоянии. На свариваемость меди оказывают большое влияние примеси, входящие в ее состав (кислород, висмут, свинец, сера, фосфор, сурьма, мышьяк); особенно отрицательно влияет висмут. При нагреве и расплавлении медь, окисляясь, образует монооксид меди Сu

2

О, который, реагируя с водородом, растворенным в металле, вызывает склонность меди к поверхностным трещинам (водородной болезни). Для предупреждения этого следует снижать количество водорода в зоне сварки (прокалка электродов и флюсов, применение осушенных защитных газов; особенно хорошо использовать азот). Наилучшую свариваемость имеет электролитическая медь, содержащая не более 0,05 % примесей.

Для меди и сплавов на ее основе могут быть использованы все основные способы сварки плавлением.

Ручная сварка угольны

м или графитовым эле

ктродом

получила ограниченное применение преимущественно для малоответственных изделий. Электрод затачивают на конус на 1/3 его длины, сварку ведут постоянным током прямой полярности. Плотность тока на электроде обычно составляет 200–400 А/см

2

(

табл. 11

).

Сварку ведут длинной дугой во избежание вредного влияния на сварочную ванну выделяющегося СО. С этой же целью, а также в связи с возможностью охлаждения ванны присадочный материал не погружают в ванну, а держат под углом примерно 30° к изделию на расстоянии 5–6 мм от поверхности ванны. Угольный электрод держат под углом 75–90° к свариваемому изделию. Для защиты расплавленного металла от окисления применяют присадочный материал с раскислителем – фосфором, а также флюс (94–96 % прокаленной буры, 4–6 % металлического магния). Флюс наносят на смоченную жидким стеклом поверхность прутка или на свариваемые кромки в виде пудры и просушивают на воздухе.

При толщине металла свыше 5 мм стыковое соединение сваривают с разделкой кромок под углом 70–90°. Сварку ведут на графитовой или асбестовой подкладке с зазором между свариваемыми кромками не более 0,5 мм, электрод наклоняют углом вперед на 10–20° к вертикали. После сварки рекомендуется проковка швов.

Ручную с

варку покрытыми элек

тродами

выполняют на постоянном токе обратной полярности короткой дугой без поперечных колебаний (

табл. 12

). Лучшее формирование шва обеспечивает возвратно-поступательное движение электрода. Удлинение дуги ухудшает формирование шва, увеличивает разбрызгивание, снижает механические свойства сварных соединений.

Медь толщиной до 4 мм сваривают без разделки кромок и подогрева. При толщине металла 5—10 мм необходимы предварительный подогрев до температуры 250–300 °C и односторонняя разделка кромок с углом 60–70° и притуплением кромок 1,5–3 мм. При значительных толщинах рекомендуется X-образная разделка.

Медные электроды диаметром менее 3 мм применяют редко вследствие низкой механической прочности стержня. Электроды марок АНЦ-1 и АНЦ-2 обеспечивают выполнение сварки без подогрева меди толщиной до 15 мм или с невысоким (250–400 °C) подогревом для металла больших толщин.

Ручную арг

онодуговую сварку

выполняют вольфрамовым электродом постоянным током прямой полярности в аргоне высокой чистоты, а также в среде гелия, азота или их смеси и водорода. Металл толщиной более 4 мм сваривают с предварительным подогревом до температуры 800 °C. В качестве присадки используют прутки из раскаленной меди, медно-никелевого сплава (МНЖКТ-5-1-0,2–0,02), бронзы (БрКМцЗ-1, БрОЦ4-3), а также специальных сплавов, содержащих эффективные раскислители – редкоземельные металлы. Для металла толщиной свыше 5–6 мм применяют V– или Х-образную разделку кромок с углом раскрытия 60–70°. Сварку ведут обычно справа налево при наклоне электрода по отношению к изделию углом вперед на 80–90°. Угол наклона присадочной проволоки 10–15°, вылет электрода 5–7 мм.

Сварка титана и его сплавов

Титан обладает высокой прочностью, вплоть до температур 450–500 °C, при низкой плотности и высокой коррозионной стойкостью. Технический титан содержит примеси, в том числе газы – кислород, азот и водород, которые в разной степени повышают прочность и снижают пластичность и вязкость металла. В сварных швах они вызывают образование холодных трещин.

Особенности сварки титана в том, что зона сварки и обратная сторона корня шва нуждаются в надежной защите от вредного воздействия атмосферного воздуха. Еще в процессе сварки необходимо стремиться, чтобы время нагрева свариваемых деталей было минимальным. Дополнительные затруднения при сварке создает высокая склонность титана к росту зерна при нагреве до температур выше 880 °C и парообразование.

Качество сварных соединений во многом определяется технологией подготовки кромок деталей и титановой проволоки под сварку. Оксидно-нитридную пленку, которая образуется после горячей обработки полуфабрикатов, удаляют механической обработкой и последующим травлением металла в течение 5—10 мин при 60 °C в смеси 350 мл соляной кислоты, 50 г фтористого натрия и 650 мл воды.

Ручную сварку вольфр

амовым электродом

выполняют постоянным током прямой полярности с использованием специальных приспособлений, позволяющих защитить зону сварки, остывающие участки шва и околошовную зону, а также корень шва. Защиту корня шва можно осуществить плотным поджатием кромок свариваемых деталей к медной или стальной подкладке, подачей инертного газа в подкладку с отверстиями или изготовленную из пористого материала.

Сварку ведут без колебательных движений горелки, на короткой дуге углом вперед. Угол между электродом и присадочным материалом поддерживают в пределах 90°, подачу присадочной проволоки осуществляют непрерывно. После окончания сварки или обрыва дуги аргон должен подаваться до тех пор, пока металл не остынет примерно до 400 °C.

Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки титана вольфрамовым электродом приведены в

табл. 13

.

Для титана и его сплавов толщиной 0,5–2 мм применяют ручную и механизированную импульсно-дуговую сварку неплавящимся электродом. Сварку выполняют импульсами постоянного тока прямой полярности.

Сварка никеля и его сплавов

Основная трудность при сварке никеля и его сплавов – высокая склонность к образованию пор и кристаллизационных трещин, связанная с резким изменением растворимости кислорода, азота и водорода при переходе металла из твердого в жидкое состояние. Поэтому технология сварки должна обеспечивать надежную защиту зоны сварки от атмосферного воздуха, хорошее раскисление сварочной ванны и дегазацию сварочной ванны.

Эффективная мера предотвращения пористости – сварка короткой дугой (до 1,5 мм), при которой резко уменьшается подсос газов из атмосферы.

Для преодоления высокой склонности металла к образованию кристаллизационных трещин ограничивают содержание вредных примесей и вводят элементы, связывающие серу в более тугоплавкие соединения (до 5 % Мn и до 0,1 % Mg).

Для ограничения роста зерна сварку ведут на ограниченной погонной энергии и вводят в небольшом количестве в металл шва модификаторы (титан, алюминий, молибден), измельчающие его структуру.

Ручную дуговую свар

ку

применяют для листов толщиной свыше 1,5 мм и выполняют электродами с основным покрытием на постоянном токе обратной полярности. Для предупреждения перегрева электрода и снижения напряжений в сварном соединении при сварке используют ток, пониженный по сравнению с током для сварки стали (

табл. 14

).

Сварку по возможности необходимо вести в нижнем положении со скоростью примерно на 15 % меньше скорости сварки сталей. Поперечные колебания электрода не должны превышать трех его диаметров. При смене электрода или случайных обрывах дуги ее возбуждают, отступая на 5–6 мм от кратера назад на зачищенном от шлака шве. Рекомендуется вести сварку за один проход, зазор между кромками должен быть 2–3 мм. При больших толщинах, когда многопроходная сварка неизбежна, сваривать рекомендуется после остывания соединения и тщательной очистки предыдущего слоя от шлака и брызг.