Технологія зварювання міді та її сплавів
Установки для автоматичного зварювання поздовжніх швів обечайок - у наявності на складі!Висока продуктивність, зручність, простота в керуванні та надійність в експлуатації.
Зварювальні екрани та захисні шторки - в наявності на складі!Захист від випромінювання при зварюванні та різанні. Великий вибір. Доставка по всій Україні!
Схильність до пороутворення
Мідь та її сплави виявляють підвищену схильність до утворення пор у металі шва та навколошовній зоні. Причиною утворення пір є водень, водяні пари або вуглекислий газ, що утворюється при взаємодії окису вуглецю з закисом міді.
Високі градієнти температури сприяють розвитку термічної дифузії водню в зоні термічного впливу, що призводить до сегрегації водню поблизу лінії сплавлення та збільшує ймовірність виникнення дефектів: пір, тріщин. Розчинність водню в міді залежить від вмісту в ній кисню та легуючих компонентів.
При зварюванні латунь причиною пористості може стати випаровування Zn, температура кипіння якого нижче за температуру плавлення Cu і становить 907 °С. Випаровування Zn зменшує введення Мn або Si.
При зварюванні бронз вигоряння легуючих домішок може стати причиною появи пористості.
Підготовка під зварювання
Зварюваний метал і електродний дріт перед зварюванням ретельно очищаються від оксидів механічно (шабером, наждаком тощо) або хімічно (травленням у розчині, що містить 1 л 75 мл HNO3, 100 мл H2,SO4, 1 мл НСl, інше — дистильована вода з наступним промиванням у воді, потім знежирюються).
Вибір технічного процесу зварювання виробу в першу чергу визначається його призначенням, складністю (наявність коротких або криволінійних швів у різних просторових положеннях,важкодоступних місць), а також числом виробів, що виготовляються (серія) і вимогами, що пред'являються до їх якості.
Газове зварювання
При одиничному виробництві та ремонтних роботах рекомендується використовувати газове зварювання, у процесі якого здійснюється підігрів та початкова термічна обробка виробу. Невисокі температурні градієнти зменшують вплив термічного зварювального циклу на метал в зоні зварювання (шов, зона термічного впливу). Можливе розкислення та легування металу через присадний дріт. Газове зварювання можна застосовувати як для чистої міді, так і для її сплавів.
Газовий пальник - теплове джерело малої зосередженості, тому для зварювання міді бажано використовувати ацетилено-кисневе зварювання, що забезпечує найбільшу температуру полум'я. Для зварювання товщин більше 10 мм рекомендується застосовувати два пальники, з яких один використовується для підігріву, а другий для утворення зварювальної ванни.
Для зварювання міді та бронз використовують нормальне полум'я β = vO2/vC2H2 =1,05÷1,10, а для зварювання латунів β= 1,3÷1,4 (з метою зменшення вигоряння цинку).
Розкислення металу зварювальної ванни, незважаючи на захист від навколишнього середовища продуктами згоряння, проводиться вилученням закису міді флюсами або введенням розкислювачів через дріт.
Зварювальні флюси для міді містять сполуки бору (борна кислота, борний ангідрид, бура), які розчиняють закис міді, утворюючи легкоплавку евтектику, і виводять її в шлак. Крім сполук бору, флюси можуть містити фосфати та галіди (табл. 27.1).
Флюси наносять на зачищені і знежирені кромки, що зварюються, по 10—12 мм на бік. Додатково їх можна вносити за допомогою присадного металу, на який наносять покриття зкомпонентів флюсу та рідкого скла з добавками деревного вугілля [10-20 % (за масою)]. При зварюванні алюмінієвих бронз до складу флюсу треба вводити фториди та хлориди, що розчиняють Аl2О3, який виходить при окисленні алюмінію у складі бронзи.
При зварюванні Су товщиною до 3 мм обробку кромок не роблять, як присадочний дріт використовують мідь Ml або М2, так як мідь не встигає істотно окислитися. При великих товщинах застосовують присадний дріт, легований розкислювачами. При зварюванні мідних сплавів склад дроту повинен збігатися зі складом основного металу. При зварюванні латунів слід застосовувати крем'янисту латунь ЛК80-3. Мідь великих товщин зварюють у вертикальному положенні. Після зварювання здійснюють проковування в підігрітому стані (до 300-400 ° С) з наступним відпалом. При проковуванні виходить дрібнозерниста структура шва та підвищуються його пластичні властивості.
При правильно виконаному зварюванні та подальшому проковуванні зварні шви мають міцність σв= 166÷215 МПа та кут загину 120—180°.
Ручне зварювання
Виконується постійному струмі зворотної полярності. Орієнтовні режими наведено у табл. 27.2.
Мідь товщиною до 4 см зварюють без обробки кромок, до 10 мм - з одностороннім обробленням при куті скосу кромок до 60-70 ° і притупленні 1,5-3 мм. При більшій товщині рекомендується Х-подібна обробка.
Для зварювання латунів, бронз і міднонікелевих сплавів застосовуються електроди марок ММЗ-2, Бр1/ЛІВТ, ЦБ-1, МН-4 та ін. по масі): плавиковий шпат 10, польовий шпат 12, феросиліцій 8, феромарганець 50, рідке скло 20. Підігрів кромок, що зварюються, необхідний при товщині більше 4 мм, притовщині 5-8 мм метал підігрівають до 200-300 ° С, при товщині 24 мм 750-800 °С.
Теплопровідність та електропровідність металу шва при зварюванні покритими електродами значно знижуються. У процесі плавлення електрода з покриттям метал шва переходить частина легуючих компонентів і електропровідність шва становить близько 20 % від електропровідності міді Ml. Механічні властивості швів, виконаних дуговим зварюванням покритими електродами, цілком задовільні: σв= 176÷196 МПа, кут загину 180°.
Ручне дугове зварювання латуні застосовується рідко, оскільки інтенсивне випаровування Zn ускладнює роботу зварювальника. При зварюванні латуні застосовують попередній підігрів, знижені струми та підвищені швидкості. Зварні з'єднання з латуні Л62 мають у 243-340 МПа, кут загину 126-180 °.
Зварювання бронз покритими електродами виконують постійним струмом зворотної полярності як з підігрівом, так і без попереднього підігріву, струми 160-280 А, що застосовуються, діаметр електродів 6-8 мм.
Автоматичне зварювання під флюсом
Основною перевагою автоматичного зварювання Су під флюсом є можливість отримання стабільних високих механічних властивостей без попереднього підігріву. Тому при виготовленні великогабаритних зварних конструкцій із Су великих товщин технологічний процес досить простий і майже не відрізняється від процесу зварювання сталей.
Хімічні склади деяких флюсів, що застосовуються для автоматичного зварювання міді та її сплавів електродом, що плавиться (ГОСТ 9087-69), наведені в табл. 27.3.
При зварюванні міді під такими кислими флюсами метал шва переходять Si і Мn, в результаті погіршуються тепло- і електрофізичні властивості сполук в порівнянні з основним металом. Застосування безкисневих фторидних флюсів, наприкладмарки АН-M1, який містить, % (за масою), 55 MgF2, 40 NaF, 5 BaF2, дозволяє отримувати шви, питомий опір яких у 1,5 рази нижче, а теплопровідність у 2 рази вище порівняно зі швами, виконаними під кислим флюсом Ан-348А.
Для електродугового зварювання міді використовуються керамічні флюси: ЖМ-1 для зварювання міді та К-13МВТУ для зварювання міді зі сталлю.
Режими зварювання міді під флюсом К-13МВТУ наведено у табл. 27.4.
Зварювання ведуть на постійному струмі зворотної полярності при жорсткому закріпленні на підкладках з міді, що охолоджується (товщиною до 2,5 мм) або на графіті (товщиною 5-6 мм). Склад флюсу К-13МВТУ, % (за масою): глинозем 20, плавиковий шпат 20, кварцовий пісок 8-10, магнезит 15, крейда 15, безводна бура 15-19, порошок алюмінію 3-5. Застосування керамічного флюсу дозволяє розкислити та легувати метал шва, електро- та теплопровідність металу шва виходять на рівні вихідного металу.
Зі збільшенням товщини металу керамічні флюси стають обмежено придатними, тому що не забезпечують необхідної щільності та необхідної пластичності з'єднання. Знизити пористість при зварюванні Cu та хромистої бронзи дозволила суміш, що складається з 80 % (за масою) флюсу АН-26С та 20 % флюсу АН-20С. Найкращі результати щільності швів забезпечує флюс сухої грануляції АН-М13 (ВТУ ІЕС 56Ф-72).
Для зварювання латуні застосовують плавлені флюси (АН-20, ФН-10), а також спеціально розроблений для латунів флюс МАТИ-53. Орієнтовний режим зварювання латуні завтовшки 12 мм: струм дуги Iд = 450÷470 А, напруга Uд = 30÷32В, швидкість зварювання vсв = 25 м/год, використовується одностороннє зварювання без обробки кромок в один прохід. Межа міцності зварного з'єднання з латуні марок Л62, ЛМд58-2, Л062-1, виконаного дротом БрОЦ4-3 під флюсом АН-20, без посилення шваскладає 245-343 МПа, а з зусиллям шва 294-392 МПа, кут загину 100-180 °.
Автоматичне дугове зварювання під флюсом застосовують для з'єднання міді зі сталлю. Зварювання виробляється зі зміщенням електрода на мідь, практично без оплавлення сталі: розплавлена мідь змочує сталеву кромку і з'єднання утворюється з допомогою дифузії міді сталь. Застосовується спеціальна обробка кромок: скіс тільки мідної кромки під кутом 45 ° з притупленням, що дорівнює половині товщини. Стикове чи кутове з'єднання збираються без зазору, відстань осі електрода від краю мідної кромки становить 0,65-0,70 товщини міді. Режим зварювання такий самий, як і при зварюванні мідних з'єднань, але зварювальний струм знижують на 15—20%. ÷981 кДж/м 2 .
Електрошлакове зварювання міді та її сплавів
Застосовується для Су великих товщин 30-55 мм. Легування шва здійснюють, застосовуючи пластинчасті електроди відповідного складу. Температура плавлення флюсу повинна бути нижчою за температуру плавлення міді, застосовуються легкоплавкі флюси системи NaF-LiF-CaF2, які забезпечують стійкий процес, підігрів і плавлення кромок на необхідну глибину, хороше формування шва і легке видалення шлакової кірки. Особливістю режимів електрошлакового зварювання міді є підвищені зварювальні струми: I = 800÷1000 А, Uд = 40÷50, швидкість подачі пластинчастого електрода 12— 15 м/ч. Механічні властивості металу шва мало відрізняються від властивостей основного металу: σв=190÷197 МПа, δ=46÷47%, KCU= 1559÷1579 кДж/м 2 , α=180°.
Дугове зварювання у захисних газах
Ручне, напівавтоматичне і автоматичне зварювання Cu і її сплавів можна виробляти електродом, що плавиться і неплавиться.Найбільш часто застосовують зварювання вольфрамовим електродом з подачею присадного металу у вигляді дроту безпосередньо в зону дуги, вузькою профільованої проставки, що закладається в стик, або із застосуванням технологічного бурта на одній з деталей, що стикуються. Рідше застосовується зварювання електродом, що плавиться.
При зварюванні в середовищі аргону електродом, що плавиться, процес нестійкий, насилу встановлюється стабільне струменеве перенесення металу в зварювальній дузі. При зварюванні серед азоту ефективний і термічний ККД дугового розряду вище, ніж для аргону і гелію. Глибина проплавлення виходить вище, але стійкість дугового розряду в азоті нижча, ніж у аргоні та гелії. Незважаючи на високу чистоту захисних газів, мідь при зварюванні піддається окисленню і може виникати пористість, що визначає необхідність застосування легованих дротів присадочних і електродних.
Зварювання міді електродом, що не плавиться, здійснюють на постійному струмі прямої полярності. При зварюванні електрод розташовують строго в площині стику, нахил електрода 60-80 ° «кутом назад». При зварюванні Су товщиною понад 4-5 мм рекомендується підігрів до 300-400 °С.
Присадочні дроти з чистої міді Ml, М0 при зварюванні забезпечують отримання металу шва, за складом та фізичними властивостями близького до основного металу, проте механічні властивості зварного з'єднання знижені, наявність пористості зменшує щільність металу шва. При введенні до складу присадних дротів розкислювачів та легуючих компонентів механічні властивості зростають, але, як правило, знижується тепло- та електропровідність металу шва, що у ряді випадків неприпустимо. У таких випадках рекомендуються присадкові дроти, леговані сильними розкислювачами в мікрокількостях, які після зварювання не залишаються у складі твердих.розчинів, а переходять у свої сполуки та утворюють високодисперсні шлакові включення і тому не впливають на фізичні властивості металів.
Склади присадних дротів наведено у табл. 27.5. Застосування дротів для зварювання чистої міді, наведених в табл. 27.5 дозволяє отримати метал шва з фізичними і механічними властивостями на рівні основного металу Ml, корозійна стійкість зварних з'єднань така ж, як і у основного металу.
Інші способи зварювання
Мідь, як метал високої пластичності, добре зварюється всіма видами зварювання термомеханічного класу, крім контактного зварювання, так як мідь має малий перехідний електричний опір. Для приварювання висновків із тонких мідних дротів у виробах електронної техніки використовують термокомпресійне зварювання. Для великих виробів складної конфігурації широко застосовують дифузійне зварювання у вакуумі, що дозволяє отримувати з'єднання міді не тільки з міддю, але і з іншими металами і навіть неметалічних матеріалами.
Холодне зварювання міді пластичною деформацією зсуву або стискання використовують для зварювання мідних шин в енергетичних установках. У цьому випадку забезпечується задовільний електричний опір зварних з'єднань.