МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ

Медные сплавы и особенности их свариваемости

Сплавы на медной основе в зависимости от их соста­ва и содержания легирующих элементов относят к ла­туням, бронзам или медно-никелевым сплавам.

Латунями, как известно, называют сплавы меди с цинком (до 50%), в которых в незначительных количе­ствах также могут содержаться Al, Fe, Ni, Si. Латуни имеют повышенную прочность по сравнению с медью (ов < 500 МПа) и используются в качестве конструкци­онных коррозионностойких материалов. Латуни выпус­каются по ГОСТ 15527—70 и 17711—80 и маркируются буквой Л и последующими цифрами в соответствии с содержанием легирующих. Например, марка Л63 содер­жит 63% Си и 37% Zn, а латунь ЛА—77—2 соответствен­но 77% Си, 2% А1 и 21% Zn.

Большинство сваривающихся марок латуней обычно относятся к однофазным а-, р - или к двухфазным а + р деформируемым сплавам. Появление p-фазы, как пра­вило, существенно снижает пластичность а-латуней и повышает их прочность и твердость.

Кроме особенностей свариваемости, характерных для сварки меди, проблемой сварки латуней является выго-

202

рание цинка (Т*,,,,^ = 907 °С), что требует повышения содержания легирующих в сварочных материалах и кор­ректировок тепловых режимов сварки (они должны пре­пятствовать выгоранию цинка). Испарение цинка не только изменяет химический состав шва, но и приводит к образованию пор в шве, снижению его механических свойств и, в первую очередь, пластичности, повышает склонность к коррозионному растрескиванию. Подав­лению пор способствует легирование швов Si и Мп.

Бронзы представляют собой многокомпонентные сплавы на медной основе, основными легирующими моментами которых являются Sn, Al, Si, Мп, Сг, Be, Fe, Ni, Cd, P при содержании цинка не более 4—5%. Назва­ние бронзы определяется по основному легирующему элементу (оловянные, кремнемарганцовистые хромис - 1Ыс и т. д.). Маркировка бронз предусматривает буквен­ное и цифровое обозначение содержания легирующих моментов. Например, кремнемарганцовистая бронза марки БрКМцЗ—1 содержит 3% Si и 1% Мп, а бронза 1>рАЖ9—4 содержит 9% А1 и 4% Fe. Широкое примене­ние имеют бронзы оловянные (2—10% Sn), алюминие­вые (4—11,5% А1), кремнистые (0,5—3,5% Si), хромистые (0,4—1,0% Сг), выпускаемые по ГОСТ 483—79, ГОСТ 1X175-78, ГОСТ 5017-71 и ГОСТ 613-79. Бронзы вы­годно отличаются от меди повышенными механически­ми, коррозионными, антифрикционными свойствами.

Свариваемость бронз ограничивается образованием в шве большого количества эвтектик и оксидов легиру­ющих элементов. Например, наличие в составе бронз фосфора или свинца способствует образованию легко­плавких эвтектик и появлению горячих трещин, а содер­жание алюминия затрудняет сварку за счет образования хрупких интерметаллидов СиА12 и тугоплавкого оксида Л1203, приводящих к трещинам и ухудшению форми­рования шва и т. п. Указанные проблемы усложняют

203

технологию сварки как за смет трудностей подбора над­лежащих сварочных материалов, так и повышенных тре­бований к защите зоны сварки, выбору оптимальных параметров режимов, способов подготовки и очистки поверхносги свариваемых поверхностей.

Медно-никелевые сплавы представляют собой в большинстве случаев неограниченные твердые раство­ры. Они применяются как конструкционные теплостой­кие, коррозионно-устойчивые и электротехнические материалы и выпускаются по ГОСТ 492—78

Наиболее широкое применение для сварных конст­рукций получили сплавы марок МНЖ5—1, МНЖМц 30-1-1 (мельхиор), МН—19, МНЦ15—20 (нейзильбер), МНМц 3—12 (манганин).

Основной трудностью сварки этих сплавов является их склонность к горячим трещинам из-за образования метастабильных и хрупких эвтектик, располагающихся по границам зерен при кристаллизации шва. - Как пра­вило, охрупчнвают швы примеси S, Р, 02, а также нера­створимые в меди и никеле Bi и РЬ. Это ограничивает их содержание в медно-никелевых сплавах и повышает требования к уровню технологии их сварки (выбор сва­рочных материалов, условия зашиты зоны сварки, спе­циальное легирование швов и т. д.).

Другой проблемой свариваемости медно-никелевых сплавов является порообразование, что связано с резким снижением растворимости водорода при кристаллиза­ции ванны. Этот процесс усугубляется различием в уров­нях растворимости водорода в меди и в никеле. Нали­чие в жидкой ванне кислорода (например, в виде закиси никеля) способствует росту порообразования из-за по­явления паров воды при взаимодействии закиси нике­ля с водородом:

NiO + 2Н Ni + Н. О. (16.2)

Глава 16. Медь и медные сплавы

А ют также вызывает поры в медно никелевых спла­вах. Естественно, что предотвращение образования пор может достигаться как использованием сварочных ма­ті риалов высокой чистоты (по примесям и газам), так и ведением в шов элементов-модификаторов (Ті, А1).