МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ

Общие сведения о свариваемости меди

Технологическая свариваемость меди осложняется неблагоприятным влиянием термическо»о цикла свар­ки на снижение прочности и пластичности соединений. Инертная к многим элементам при нормальных темпе­ратурах медь при нагреве активно реагирует с кислоро­дом, серой, фосфором и галогенами, а с водородом об­разует неустойчивый гидрид СиН. В условиях сварки медь окисляется за счет газовой атмосферы или обмен­ных реакций с элементами покрытий (флюсов). Легкая окисляемость меди при высоких температурах приводит к засорению шва тугоплавкой закисью меди Си20. За­кись меди, хорошо растворимая в жидкой меди, огра­ниченно растворяется в твердой и образует с медью при Т = 1064 С легкоплавкую эвтектику Си Си20, распола­гающуюся по границам зерен, охрупчивающую металл при нормальных температурах, приводя к образованию горячих кристаллизационных трещин в сварных швах. Учитывая малое время существования сварочной ванны (из-за большой теплопроводности меди), необходимо ограничивать содержание кислорода или вводить энер­гичные раскислители (Р, Mn, Si и др.), чтобы не допус­тить образования чрезмерного количества эвтектики и горячих трещин.

Однако раскислители, участвуя в металлургической обработке шва, одновременно легируют его, что вызы­вает повышение механических и снижение теплофизи­ческих (электропроводность) и специальных (например, коррозионная стойкость) свойств шва и всего сварного соединения.

Кроме эвтектики Cu-Cu20 образованию горячих тре­щин в шве способствуют также другие эвтектоидообра-

200

зующие примеси. Так, оксиды висмута ВЮ, Вь03, Ві204 образуют легкоплавкую эвтектику с Та1 - 270 °С а окси­ды свинца РЪО, РЬ02, образуют эь гектику с 1 я — 326 °С, что также вызыьает трещины.

В то же время как отдельная фаза закись меди Си20, остающаяся в шве при его кристаллизации, легко вос­станавливается водородом с образованием паров воды: СіьО + 2Н -> 2Си + Н20

Необходимое количество водорода для протекания •пой реакции выделяется за счет его десорбции при ох­лаждении шва. Образующиеся пары воды, нераствори ­мые в меди, накапливаются в дефектах структуры кри сталлизующегося металла, вызывая в них значительные вокальные напряжения, приводящие к образованию микротрещин. Этот процесс получил название «водо­родной болезни» меди. Предупреждают его снижением концентрации водорода в зоне сварки, за счет надежной і і ювой защиты ванны, прокалки флюсов и электродов, применяя осушенные газы и более чистые по примесям основные и электродные металлы, тщательной очисткой и осушкой свариваемых кромок перед сваркой.

Раскисление закиси Си20 в шве может происходить і ікжс и под воздействием окиси углерода по реакции:

Си20 + СО 2Си + С02, (16.1)

ч і о также способствует образованию пор из-за нераство­римости С02 в меди.

Кроме указанного поры в металле шва образуются из - і. і резкого снижения растворимости водорода при высо­ких скоростях кристаллизации сварочной ванны. Высокие ісмпературньїе градиенты в зоне сварки интенсифици­руют термическую диффузию водорода из основного металла к линии сплавления, образование в околошов - Iюн юнс высокой концентрации водорода и появление пор в шве у линии сплавления.

Высокая теплопроводность меди затрудняет процесс образования сварных соединений и в ряде случаев тре­бует предварительного или сопутствующего подогрева. Большая жидкотекучесть и рост зерна из-за собиратель­ной рекристаллизации также осложняют получение ка­чественных сварных соединений.

Таким образом, основными проблемами технологи­ческой свариваемости меди являются горячие трещины, «водородная болезнь» и пористость сварных швов.