Види зварювання міді та природні особливості металу
Плавлення міді відбувається шляхом контакту виробу з високими температурами 1080-1083°С.Якщо інтервал температур знаходиться в діапазоні 300-500 °, мідь і її сплави мають ламкість. Мідь у рідкій консистенції здатна розчиняти гази, у тому числі кисень і водень, що значно ускладнює її зварювання.
З киснем цей метал утворює закис міді, що дає проміжний сплав Cu + Cu20, що розташовується на межі зерен. Оскільки температура плавлення проміжних сплавів на 20° нижче температурної межі плавлення чистої міді, то результаті контактного зварювання утворюються гарячі тріщини при кристалізації шва. Дрібні тріщини можуть утворитися в результаті зварювання розплавленої міді, де міститься закис міді, в контактному режимі з воднем.
Це називають «водневою хворобою міді», оскільки вона виникає в результаті контакту міді з воднем за участю кисню, причому в результаті додатково утворюється водяна пара, що сприяє утворенню тріщин у металі шва при розширенні.
Висока теплопровідність (у 6-7 разів вище за теплопровідність сталі) і рідина консистенції в розплавленому стані також значно ускладнюють твір зварювальних робіт з міддю та її сплавами. Чим менше кисню міститься у міді у вигляді закису, тим краще метал піддається контактному зварюванню.
Зварювання мідних шин та інших виробів може бути утруднене домішками свинцю, миш'яку, сурми та вісмуту. Найкращим чином піддається зварюванню електролітична мідь, в якій міститься не більше 0,4% домішок. А ось ливарна мідь, у складі якої міститься до 1% домішок, не так добре зварюється.
Підвищити міцність шва при зварюванні можна за допомогою хрому, марганцю, заліза, нікелю та танталу. Існують різні види зварюванняміді, кожен із яких характеризується деякими особливостями.
Газове зварювання міді
У цьому випадку використовується ацетилено-кисневе зварювання, яке забезпечує найвище нагрівання ядра полум'я. Газовий пальник є тепловим джерелом малої зосередженості, що впливає на підтримку оптимальних розмірів зварювальної ванни.
Для виробу з розміром, що не перевищує 10 мм завтовшки, рекомендують використовувати два пальники, один з яких виконує підігрів, а другий використовується для зварювання. При двосторонньому зварюванні із застосуванням двох пальників підігрів не виконується. Для зварювання міді та бронзи використовується нормальне полум'я. Захист металевої основи зварювальної ванни від окислення, поряд із захистом навколишнього середовища від негативного впливу продуктів згоряння, здійснюється шляхом вилучення закису міді за допомогою флюсів або дроту присадки.
Флюси для зварювання міді містять деякі сполуки бору (борну кислоту, борний ангідрид та ін), які здатні розчиняти закиси міді, в результаті чого утворюється легкоплавка евтектика, що згодом виводиться в шлак. Крім сполук бору, у флюсах можуть бути фосфати. Флюси наносяться на знежирені і зачищені кромки, що зварюються, на бік – по 10-12 мм. Як доповнення за допомогою присадного металу можна наносити компоненти флюсу та рідке скло з добавками деревного вугілля як покриття (10-20%).
У процесі зварювання алюмінієвих бронз треба вводити до складу флюсів фториди і хлориди, які чудово розчиняють А12О3, що виходить при окисленні алюмінієвих сплавів у складі бронзи. Для міді, особливо для латуні, дуже зручно використовувати газоподібні флюси у вигляді азеотропного розчину борно-метилового ефіру і метилового спирту. Пари такогорозчину надходять у пальник через спеціальну деталь, полум'я набуває зеленого кольору, органічна частина піддається згоранню, а В2О3 не завдає шкоди зварювальній ванні.
Газовий пальник повинен відповідати вимогам безпеки, особливо якщо виробляється спайка мідних труб великого діаметру, коли потрібно використовувати значні обсяги газу. При виконанні зварювання виробів із чистої міді до 3-4 мм завтовшки застосовується мідний дріт М1 або М2, оскільки мідь не встигає добре окислитися. За умови великої товщини виробів з міді для виконання зварювальних робіт необхідно застосовувати спеціальний присадний дріт, легований окислювачами (до 0,2% Р і 0,3% Si).
Склад такого дроту повинен збігатися з речовинами, що містяться в основному металі. Використання окислювачів до виконання робіт з іншими металами не лімітується так суворо, як зварювання міді. Наприклад, при зварюванні латуні з метою зменшення втрат цинку застосовують кремнисту латунь як присадний матеріал (ЛК 80-3).
Проковування шва після зварювальних робіт виконують у холодному стані для мідних виробів товщиною до 4-5 мм для підвищення міцності та пластичних властивостей. За умови більшої товщини проковування проводиться після нагрівання до 400-3000С і з наступним відпалом.
Зварювання міді за допомогою вугільного електрода
Зварювання міді та сплавів здійснюється дугою, яка горить між самим виробом та вугільним електродом, а також за допомогою незалежної дуги полум'я між двома окремими вугільними електродами.
Дуговий розряд - це джерело енергії для зварювання. Технологічні прийоми, склади зварювальних флюсів та присадного металу залишаються аналогічними газовому зварюванню. З використанням дроту БрКМцЗ-1 можна проводити зварюванняміді навіть у повітрі.
Отримані в результаті зварювання з'єднання відповідають вимогам до механічних властивостей, проте тепло- та електрофізичні властивості можуть бути різко знижені. Зварювання міді та відповідних мідних сплавів за допомогою вугільних електродів застосовується досить рідко, оскільки цей процес є малопродуктивним.
Ручне дугове зварювання з використанням покритих електродів
Ручна електродугова виробляється з використанням електродів і дозволяє в результаті отримати з'єднання із задовільними механічними властивостями, проте склад металу на швах буде відмінний від складу основного металу через легування окислювачами в процесі зварювання.
При зварюванні міді та мідних сплавів окислювачі вводять в електродний дріт та електродне покриття. Електродні покриття у своєму складі отримають суху шихту, замішану на рідкому склі (клас А), вона становить 20-25% від маси шихти. Однак тепло- та електропровідність отриманих сполук нижче, ніж у чистої міді, особливо якщо це мідні сплави. У процесі зварювання покритими електродами відзначається значне розбризкування, а метал шва часто містить пори.
Для виконання зварювання міді та мідних сплавів понад 4-5 мм завтовшки рекомендують виконати підігрів до 300—5000 с.
Дугове зварювання міді під флюсом
Дугове зварювання міді і мідних сплавів під флюсом може здійснюватися під шаром плавленого флюсу за допомогою вугільного або графітового електроду, що не плавиться, плавлячого електрода і плавиться електрода, покритого шаром керамічного флюсу.
При виконанні зварювання під флюсом за допомогою вугільного електрода його заточують, надаючи вигляду плоскої лопатки. Складання під зварювання проводиться із закладкою присадного металу встик(Латунь, томпак) для окислення металу шва.
Необхідно засипати прожарений флюс ОСЦ-45. Зварювання проводиться на постійному струмі із зворотною полярністю; підігрів струму створюють внаслідок замикання певного електрода на виріб. Зварювання міді і мідних сплавів під плавленими флюсами електродами, що плавляться, є досить високопродуктивним способом. Склад металу на швах у результаті змінюється незначним чином, а метал зберігає практично всі свої фізичні властивості.
Найкращі результати характерні для зварювання під флюсом АН-М1 з наступним складом: 55% фтористого магнію, 40% натрію фтористого, і 5% фтористого барію. Як хороший електродний метал використовуються мідні дроти М1 або МО. З метою підвищення механічних властивостей зварних з'єднань застосовуються леговані дроти із сплавів міді БрКМцЗ-1; БрАЖМцЮ-3-1,5, проте в цьому випадку значно знижуються тепло- та електропровідність складу металів на швах.
Виконується на постійному струмі із зворотною полярністю; коефіцієнт розплавлення дроту становить приблизно 20 г/(А-год). При застосуванні зварювання до виробів завтовшки понад 15 мм рекомендують виконати обробку під кутом 900 з притупленням, а в інших випадках – застосувати зварювання розщепленим електродом.
Роботи виготовляються на графітовій підкладці або флюсовій подушці. Підготовку кромок та електродного дроту необхідно виконати особливо ретельно, зачистивши до металевого блиску та знежиривши.
Флюс слід прожарити за нормальної температури 300-400 0С. Зварювання провадиться при жорсткому закріпленні або з використанням прихваток контактним способом. Для виконання зварювання латуні Л63 та Л062-1 застосовується мідний дріт з використанням плавлених флюсів МАТІ-5 або АНФ-5. Цей спосіб передбачаєодержання сполук міді зі сталлю.
Зварювання в такому випадку передбачає зміщення електрода на мідь і підбір такого режиму, при якому дотримувався б контактну взаємодію зі сталлю протягом мінімального періоду часу, щоб можна було уникнути крихких прошарків, так званої дифузії міді між крупинками сталі.
Керамічний флюс К-13 МВТУ застосовується в процесі зварювання міді, міді зі сталлю та наплавлення міді на сталь. Флюс містить наступні компоненти, %: плавиковий шпат - 20; глинозем - 20; бура безводна - 15-19; крейда - 15; магнезит - 15; кварцовий пісок - 8-10; алюміній порошок 3-5. Шихта замішується на рідкому склі, гранулюється, після сушіння прожарюється протягом 1-2 години при температурі 450 0С. Зварювання проводиться на постійному струмі зі зворотною полярністю контактним способом, при закріпленні на підкладці з міді охолодженої або на графіті.
Електрошлакове зварювання міді та мідних сплавів
Зварювання міді значної товщини (30-55 мм) можна проводити електрошлаковим процесом за допомогою пластинчастого електрода.
В ІЕС Е. О. Патона були розроблені флюси для такого процесу, які містять фториди лужних та лужноземельних металів.
Температура плавлення міді повинна бути вищою за температуру контактного плавлення флюсів.
Дугова у захисних газах
Автоматичне, напівавтоматичне та ручне зварювання міді серед різних захисних газів можуть проводитися з використанням плавлячого та неплавлячого (вольфрамового) електрода.
У більшості випадків для чистої міді застосовується зварювання вольфрамовим електродом (якщо товщина не перевищує 10 мм) при подачі присадного дроту, і значно рідше використовують електрод, що плавиться.Застосовують такі гази: аргон вищого гатунку (ГОСТ10157-73), гелій особливої чистоти (відповідно до МРТУ 6-02-274-66), азот особливої чистоти (на основі МРТУ 6-02-375-66).
Який би спосіб ви не використовували, необхідно дотримуватись техніки безпеки.