СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

СВАРКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ

Свариваемость меди. Медь сваривается пло­хо ввиду ее высокой теплопроводности, жидко - текучести и повышенной склонности к образо­ванию трещин при сварке.

Теплопроводность меди при комнатной тем - ч пературе в 6 раз больше теплопроводности технического железа, поэтому сварка меди и ее сплавов должна производиться с увеличенной погонной тепловой энергией, а во многих слу­чаях с предварительным и сопутствующим по­догревом основного металла.

При переходе из твердого состояния в жид­кое медь выделяет большое количество тепла (скрытая теплота плавления), поэтому свароч­ная ванна поддерживается в жидком состоянии более длительное, время, чем при сварке стали. Повышенная жидкотек’честь меди затрудняет ее сварку в вертикальном, горизонтальном и особенно в потолочном положениях.

Водород в присутствии кислорода оказы­вает отрицательное действие на свойства і іеди. Водород, проникающий в медь при повышен­ных температурах сварки, реагирует с кислоро­дом заклей меди (Cu20+2H->H20+Cu), обра­зует водяной пар, который, стремясь расширить­ся, приводит к появлению мелких трещин. Это явление при сварке меди называют «водородной болезнью». Есль сваривать медь покрытыми медными электродами без подогрева сваривае­мого изделия (с быстрым охлаждением), то возникают горячие трещины.

Одиако при сварке с подогревом, создаю­щим условия медленного охлаждения, водяной пар в большинстве случаев до затвердевания металла выходит наружу; небольшая часть водяного пара остается между слоем свароч­ного шлака и поверхностью металла. шва В результате этого поверхность металла шва

после удаления 'шлака становится неровной, с мелкими углублениями («рябой»), что можно избежать при очень медленном охлаждении шва.

Чем больше содержится кислорода в сва­риваемой меди, тем значительнее проявляется «водородная болезнь».

Принеси в меди мышьяка, свинца, сурьмы, висмута и серы затрудняют сварку. Они прак­тически не растворяются в меди, но образуют с иск леї коплавкие химические соединения, ко - юрые, находясь в свободном состоянии, рас - нолшаклся но і раницам зерен и ослабляют мсжаюмиыс связи.. В результате под действием рас і мі ивающей усадочной енлы в процессе охлаждения сварного соединения образуются і оричне трещины. Поэтому содержание каждой из вредных примесей — кислорода, висмута, свинца в меди и в сварочных материалах — не должно быть более 0,03"', а для особи ответ­ственных сварных изделий—0,01%.

Коэффициент линейного расширения меди больше коэффициента линейного расширения железа, в связи с чем сварочные деформации при сварке конструкций из меди и ее сплавов несколько больше, чем при сварке сталей.

Виды сварки меди. При изготовлении свар­ных конструкций из меди наибольшее распро­странение пс лучили следующие виды сварки плавлением: дуговая сварка угольным электро­дом, плавящимся электродом, под флюсом и в защитных газах; газовая сварка.

Дуговая сварка меди произво; ятся при повышенной силе сварочного тока, что обус­ловлено значительной теплопроводностью ме­ди. Кромки свариваемых деталей соединяются с минимальным зазором из-за высокой жидко - текучест? меди Иногда применяют сварку на стальной подкладке.

Медные листы толщиной более 6 мм сле­дует сваривать с предварительным подогревом до 150—250°С. Тонкие листы (менее 5 мм) после сварки проковывают в холодном состоянии, а толстые (5—20 мм) — при температуре 200— 400°С[16]. Нагревать медь для проковки выше 400СС не рекомендуется, так как при высоких температурах она становится хрупкой. Ковка выполняется молотком со сферическим бойком. Ковка должна производиться с двух сторон сварного соединения нанесением ударов пер­пендикулярно шву сначала по зонам сплавле­ния, затем по средней части шва и в конце по
зоне термического влияния. Повторять удары по одному месту нельзя, чтобы избежать обра­зования трещин от наклепа.

Для придания металлу сварного соединения вязкости и пластичности после проковки ре­комендуется нагреть его до температуры 550— 600°С и быстро охладить в воде. Эта термобра- ботка гарантирует мелкозернистое строение металла.

Режимы сварки угольным электро­дом медных листов встык на стальной под­кладке следующие:

Толшина ме­талла, мм 1 2 4 6 8 10

Диаметр угольного электрода,

мм 5 6 6 8 8 10

Ток, А. 140— 190- 220— 280— 300— 400— 190 250 300 400 450 500

Листы большей толщины нужно подгото­вить со скосом кромок под углом 60—90°.

Сварку ведут лдиннон дугой (10—15 мм), при этом удобнее манипулировать электродом и присадочной проволокой. Коней присадочной проволоки должен находиться между концом электрода и расплавленной ванной, не погру­жаясь в нее. Расстояние между присадочным металлом и изделием должно быть постоян­ным и минимальным по величине. При увели - , чении расстояния происходит усиленное раз­брызгивание металла и ухудшается формиро­вание шва

Для свайки применяют постоянный ток пря­мой полярности при напряжении дуги 40—50 В. На обратной полярности дуга между угольным (графитовым) электродом и изделием менее устойчива и может поддерживаться только при 'малой ее длине.

В качестве присадочного металла исполь­зуют проволоку из фосфористой бронзы, крем­нистой бронзы, фосфористой меди следующего состава (в %):

Олово Фосфор Цинк Железо Марганец Кремний Медь

Фосфористая бронза 1,5—10,5 0,15—1,0 — — — — осталь-

При сварке прутками из фосфористой брон­зы можно в качестве флюса применять смесь состава: 94—96% буры, 6—4% магния метал­лического в порошке.

Флюс наносится в разделку и на присадоч­ный пруток. Сварку во избежание окисления и большого роста зерна ведут быстро и по воз­можности в один проход.

Сварка меди покрытыми ме­таллическими электродами дает удовлетворительное качество в случаях, если свариваемая медь содержит кислорода не более 0,01%. При содержании в меди кислорода в количествах более 0,03% сварные соединения имеют низкие механические свойства.

Для сварки меди применяют электроды марки «Комсомолец-100». Состав покрытия электрода «Комсомолец-100» следующий: пла­виковый шпат—12,5%, полевой шпат— 15%, ферромарганец Mnl, Мп2 — 47,5%, кремнистая медь (73—75% меди, 23—25% кремния, не более 1,5% примесей) — 25%

Режимы сварки электродами «Комсомо­лец-100» следующие:

Толщина металла, мм Диаметр электрода, мм Ток, А

150—200 250- 300 350—450 500—600

Сварку ведут в нижнем положении на по­стоянном токе обратной полярности. При свар­ке листов толщиной более 6 мм требуется

предварительный подогрев основного металла до - 300—400°С.

Г азовая сварка медных листов тол­щиной до 10 мм выполняется пламенем мощ­ностью 150 дм3 ацетилена/ч на I мм толщины металла. Листы большей толщины сваривают пламенем из расчета 200 дм3/ч на 1 мм толщины металла. Сварку лучше производить одновре­менно двумя горелками с двух сторон восста­новительным пламенем, с тем чтобы не допу­скать образования в сварочной ванне окислов меди. Сварка меди науглероживающим пла­менем не допускается, так как при этом обра­зуются поры и трещины в шве вследствие об­разования гпзов С02 и Н20 по реакциям: СО+Си20->С02 + 2Си иН2 + Cu20->H20+2Cu.

Шов заполняется за один слой. Многослой­ная газовая сварка вызывает перегрев металла и трещины в швах. Чтобы избежать перегрева меди, сварку следует вести с высокими скоро­стями нагрева и охлаждения сварных соедине­ний.

Металл толщиной до 2 мм сваривают встык без присадочного материала, при толщине 3 мм и более применяют V-образный скос кромок с углом раскрытия 90° и притуплением 1,5— 2 мм. Толстые медные листы сваривают встык с Х-образной разделкой кромок в вертикаль­ном положении одновременно с двух сторон двумя горелками. Присадочной проволокой служит чистая медь или медь с содержанием раскислителей: фосфора до 0,2% и кремния до 0,15—0,30%. Проволоку подбирают диаметра­ми от 1,5 до 8‘мм в зависимости от толщины свариваемых листов; проволока диаметром 8 мм употребляется для листов толщиной 15 мм и более.

Газовая сварка меди произвсдится с флюса­ми, которыми пользуются при дуговой сварке угольным электродом.

Высокое качество сварного соединения по­лучают, применяя газофлю<'овую сварку, при которой порошкообразный флюс засасывается ацетиленом и подается непосредственно в пла­мя горелки от специальной установки КГФ-2-66, разработанной ВНИИ? втогенмашем.

Применение проковки сварных соединений еще более улучшает механические свойства сварных < оединений

Сварка латуни. Латунь представляет собой сплав меди с' пинком; температура плавления латуни 800—1000°С.

При дуговой сварке из латуни интенсивно испаряется цинк; расплавленный металл по­глощает водород, который не успевает выде­литься при затвердевании жидкого металла в сварочной ванне, в результате чего в шве обра - ' зуются газовые поры. Водород попадаем в сва­рочную ванну из покрытия, флюса или воздуха.

Сварка латуней покрытыми электродами находит ограниченное применение, в основном для исправления брака литья. Это объясняется слльным испарением цинка при дуговой сварке по сравнению с газовой сваркой, дуговой под флюсом или дуговой в защитном газе.

Для дуговой сварки латуни приме­няют электроды с покрытием ЗТ, разработан­ные Балтийским заводом в Ленинграде. Состав электрода следующий. :тержень из кремнемар - ганцовистой бронзы Бр. КМц 3-1, содержащей 3% кремния и 1% марганца; покрытие из 17,5% марганцовой руды, 13% плавикового шпата. 16% серебристого графита, 32% ферросилиция 75%-ного, 2,5% алюминия в порошке. Сварка ведется постоянным тсЗком при обратной по­лярности короткой дугой с целью снижения выгорания цинка. От вытекания металла стык защищают прокаленной асбестовой подклад­кой с обратной стороны стыка. При толщине листов до 4 мм сварку ведут без разделки кро­мок При толщине листов более 4 мм разделка кромок такая же, как и для стали. После сварки шов проковывают, а затем отжигают при 600—650°С для выравнивания химического со­става и придания металлу мелкозернистой струк­туры.

Сварку латуни можно выполнять у г оті ь - н ы м элек-тродом на постоянном токе при прямой полярности с применением флюсов.

При сварке латуни угольным электродом используют фдюсы. Наибольшее {Распростра­нение получил флюс БЛ-3 состава: 35% криоли­та, 12,5% хлористого натрия, 50% хлористого калия, 2,5% древесного угля.

Режимы сварки латуни угольным электро­дом следующие

Латунь толщиной до 10 мм сваривают без подогрева, более 10 мм — с подогревом до 3U0—350°С.

Газовая сварка латуней обеспечи­вает лучшее качество сварных соединений, чем дуговая покрытыми электродами. Для умень­шения исгарения цинка сварку латуни ведут окислительным пламенем; при этом на поверх­ности сварочной ванны образуется жидкая пленка окиси цинка, препятствующая его испа­рению. Избыточный кислород окисляет часть водорода пламени и поглощение жидким ме­таллом водорода уменьшается.

Для удаления окислов меди и цинка при га­зовой сварке пользуются флюсами того же сосіава. что и мри дутвой сварке мсти моль­ным иск іродом.

Для уменьшения испарения цинка и погло­щения сварочной ванной водорода конец ядра пламени должен находиться от свариваемого металла на расстоянии в 2—3 раза большем, чем при сварке стали.

Для іазовой сварки латуней ВНИИавюіен - маш разработал присадочную проволоку марки JlK62-0,5 (ГОСТ 16130—72), содержащую 60,5— 63.5% меди, 0,3—0,7% кремния, остальное — цинк. В качестве флюса при сварке этой приса­дочной проволокой применяют прокаленную буру.

ВНИИавтоіенмаш для сварки латуней раз­работал самофлюсующую присадочную про­волоку ЛКБ062-02-004-05 (ГОСТ 16130—'2), содержащую 60,5—63,5% меди, 0,1—0,3% крем­ния, 0,03 0,! % бора, 0,3—0,7% олова, осталь­ное — цинк. Бор, входящий в состав проволбки. выполняет функции флюса. Применение дру­гого флюса при сварке этой проволокой не тре­буется.

Хорошее качество газовой сварки латуней достигается применением флюса БМ-1 (раз­работан ВНИИавтогенмаш), состоящего из 25°,, метилового спирта и 75°,, метилбората, или флюса БМ-2. состоящего из одного метилбора­та. Эти флюсы вводятся в сварочную ванну в виде паров. Ацетилен пропускается через жид­кий флюс, находящийся в особом сосуде (флю - сопитателе), насыщается парами флюса и пода­ется в горелку. В пламени флюс сгорает по реак­ции 2В (СНэО)3 + 902 = В2Оэ + 6С02 + 9Н20.

Борный ангидрид В2Оа является флюсующим веществом. Применение флюса БМ-1 повышает производительность сварки, дает металл шва с высокими механическими свойствами и обеспе­чивает почти полную безвредность процесса для сварщика.

Сварка бронзы. Бронза — это сплавы меди с оловом (3—14",, — оловянистые бронзы),

кремнием (до 1% — кремнистые бронзы), мар­ганцем, фосфором, бериллием и др. Обычно бронзы применяются для изготовления литых деталей.

Сварные соединения марганцовистой брон­зы (0,2—1% марганца) отличаются высокой пластичностью и прочностью, несколько пре­вышающей прочность сварных соединений меди.

Бериллиевые бронзы, содержащие до 0.05% бериллия, образуют сварные соединения с удов­летворительной прочностью.

Содержание более 0,5% бериллия в медном сплаве приводит при сварке к окислению берил­лия; образовавшиеся окислы с трудом удаля­ются из сварочной ванны. Поэтому качество сварных соединений из таких бронз невысокое.

Существует несколько десятков марок бронз. ■ По свариваемости бронзы значительно отли­чаются друг от друга, поэтому и технология сварки бронз разнообразна.

Сварку бронзы можно выполнять угольным электродом с присадочным ме галлом, покры­тыми электродами и неплавящимся (вольфра­мовым) электродом в защитной среде аргона. При сварке уголт ным электродом устанавли­вается прямая полярность; напряжение дугн — 40—45 В; сварочный ток — 25—35 А на 1 мм диаметра электрода. В большинстве случаев требуется предварительный подогрев до тем­пературы 300—400°С.

При сварке металлическими покрытыми электродами берется обратная полярность; сварка на переменном токе производится с осциллятором (см. гл. XXI) при повышенном токе.

Обычно прчсадочный материал подбирают так. чтобы его химический состав был одина­ковым с химическим составом свариваемого

металла.

При сварке угольным улектродом оловяни - стой бронзы применяют присадочный металл в виде прутков с химсоставом: 8% цинка, 3% олова, 6% свинца; фосфора, железа и нике­ля — 0,2—0,3% каждого, остальное — медь.

Сварку марганцовистой бронзы (например, Бр. Ми5) выполняют электродами «Комсомо - лец-100>: обязательно с предварительным по­догревом до 400—500°С. Для сварки алюминие­вых и алюминиевоникелевых бронз (исправле­ние дефектов литья) можно применять электро­ды АНМц/ЛКЗ-АБ с предварительным подо­гревом до 150—300°С. Сварка выполняется на постоянном токе при обратной полярности короткими участками.

Как правило, бронзы сваривают в нижнем или наклонном (до 15°) положении.

Газовая сварка бронз ведется восстанови­тельным пламенем, так как при окислительном пламени происходит выгорание легирующих элементов (олова, алюминия, кремния). Мощ­ность пламени устанавливают 100—150 дм3 ацетилена/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. При сварке пользуются теми же флю­сами, что и для сварки меди и латуни.

Газовая сварка бронз дает прочность свар­ных соединений, равную 80—100°' прочности свариваемого ме і ал. ча.