Сварочные работы: современное оборудование н техноло­гия работ

Сварка меди и ее сплавов

Медь относится к тяжелым цветным металлам. Ее плотность составляет 8,9 г/см3, что выше, чем у железа. Благодаря высокой электропроводности, теплопроводности и коррозионной стойко­сти медь заняла прочное место в электропромышленности, при­борной технике и химическом машиностроении для изготовле­ния разнообразной аппаратуры. Медь и многие ее сплавы приме­няют для изготовления изделий криогенной техники.

Промышленность выпускает медь марок МО (99,95% Си, примеси не более 0,05%), Ml (99,90% Си, примеси не более 0,1%) и др. Чистая медь хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии, малочувствительна к низким температурам. При повышении температуры прочность свойства меди изменя­ется в широких пределах.

При дуговой сварке меди следует учитывать, что теплопро­водность меди примерно в шесть раз больше теплопроводности железа. При температуре 500-600°С медь приобретает хрупкость, а при 700-800°С прочность меди снижается настолько, что уже при легких ударах образуются трещины. Температура плавле­ния меди 1080-1083°С.

Свариваемость меди в значительной степени зависит от на­личия в металле примесей — висмута, свинца, сурьмы и мышья­ка. Чистая электролитическая медь обладает наилучшей свари­ваемостью. Расплавленная медь легко окисляется, образуя оксид меди Си20, поглощает водород и оксид углерода.

При охлаждении в объеме металла выделяются пузырьки паров воды и углекислого газа, которые не растворяются в меди. Эти газы, расширяясь, создают большое внутреннее давление и приводят к образованию мелких межкристаллитных трещин* Это явление получило название водородной болезни меди.

Сварку меди и ее сплавов производят только в нижнем положении или при очень малых углах наклона. Ручная дуговая сварка меди выполняется угольным или металлическим элект' родом. При сварке угольным или графитовым электродом в каче­стве присадочного материала применяют прутки из меди Ml, из бронзы БрОФб,5-0,15 или латуни ЛК62-0,5, а также медные прут­ки MCpl, содержащие до 1% серебра. Для предохранения меди от окисления и улучшения процесса сварки применяют флюсы, которые наносят на разделку шва и на присадочные прутки.

Флюсы применяют следующих составов:

1) буры прокаленной — 68% , кислого фосфорнокислого натрия — 15%, кремниевой кислоты — 15%, древесного угля — 2%;

2) буры прокаленной — 50%, кислого фосфорнокислого нат­рия — 15%, кремниевой кислоты — 15%, древесного угля— 20%. Можно также применять одну буру, но лучше с при­садкой 4-6% металлического магния.

Листы толщиной до 4 мм можно сваривать с отбортовкой без присадочного металла, а более 4 мм — со скосом кромок под уг­лом 35-45’.

Сборка под сварку должна обеспечить минимальные зазоры (до 0,5 мм), чтобы предупредить протекание расплавленного ме­талла в швах. Рекомендуется также использовать подкладки из графита, асбеста или керамики. По концам шва следует сделать формовку.

Сварку производят постоянным током прямой полярности. Длина дуги должна составлять 10-13 мм, напряжение тока 45-60 В. Сварку ведут со скоростью не менее 0,2-0,3 м/мин и при возмож* ности за один проход. Режимы сварки угольным электродом за­висят от толщины свариваемых кромок. При толщине листов до 4 мм используют угольные электроды диаметром 4-6 мм, а сварочный ток выбирают в пределах 140-320 А. Если толщина листов более 4 мм, применяют электроды диаметром 8-10 мм при сварочном токе 350-550 А.

После сварки металл шва проковывают — тонкие листы в холодном, а толстые — в нагретом до температуры 200-350°С. состоянии. Для повышения вязкости металла шов подвергают отжигу нагревом до температуры 500—550‘С с быстрым охлаж - дением в воде.

При сварке металлическим электродом подготовка кромок и обработка шва производятся так же, как и при сварке уголь­ным электродом. Металлические электроды изготовляют из меди Ml. Покрытие имеет следующий состав: ферромарганца — 50%, ферросилиция 75% - го — 8%, полевого шпата — 12%, плавико­вого шпата — 10%, жидкого стекла — 20%. Толщина покрытия составляет 0,4 мм. Применяют также электроды марки ЗТ со стер­жнем из бронзы БрКМц-3-1 и покрытием следующего содержа­ния: марганцевой руды — 17,5%, ферросилиция 75% - го — 32%, плавикового шпата — 32%, графита серебристого — 16%, алю­миния — 2,5%. Связующим является жидкое стекло.

Покрытие наносят на стержень диаметром 4-6 мм слоем тол­щиной 0,2-0,3 мм. Сварку выполняют, насколько это возможно, короткой дугой на постоянном токе обратной полярности.-Свароч­ный ток определяют из расчета 50-60 А на 1 мм электрода.

Сварку меди в защитных газах (аргон, гелий или азот) при­меняют для изделий толщиной 1,5-20 мм и выполняют постоян­ным током прямой полярности. При диметре вольфрамового элек­трода 2,5-5 мм и присадочной проволоке марки Ml или БрКМц-3-1 диаметром 2-6 мм сварочный ток составляет 200-500 А. Автоматическую сварку меди производят под флюса­ми ОСЦ-45, АН-348-А или АН-20 проволокой диаметром 1,6-4 мм марки Ml или БрКМц-3-1. Напряжение составляет 38-40 В, сварочный ток подбирают из расчета 100 А на 1 мм диа­метра проволоки. Ток постоянный, обратной полярности, ско­рость сварки 15-25 м/ч. Листы толщиной более 8 мм требуют предварительного подогрева.

При газовой сварке меди следует учитывать высокую теплопроводность меди, поэтому для сварки требуется пламя по­вышенной мощности. Для листов толщиной до 10 мм удельная мощность пламени должна быть равна 150 л/(ч • мм), для листов толщиной свыше 10 мм — 200 л/(ч-мм). Рекомендуется произво­дить сварку одновременно двумя горелками: одна служит для подогрева свариваемых кромок с удельной мощностью 150- 200 л/(ч *мм) и вторая — для сварки с удельной мощностью 100 л/(ч • мм). Для уменьшения отвода теплоты изделия закры­вают листовым асбестом. Пламя должно быть строго нормальным. Избыток ацетилена вызывает появление пор и трещин, а окисли­тельное пламя приводит к окислению металла шва. Мундштук го­релки устанавливают под углом 80-90'. Нагрев и плавку меди про­изводят восстановительной зоной в месте максимальной темпе­ратуры. Сварку производят без перерывов, в один проход.

В процессе сварки подогретый конец присадочного прутка периодически обмакивают во флюс и таким образом переносят налипший флюс в сварочную ванну. Для получения мелкозерни­стой структурыи уплотнения металла производят проковку шва. Металл толщиной до 5 мм проковывают в холодном состоянии, а при большей толщине — в горячем состоянии при температуре 200-300‘С. После проковки производят отжиг с нагревом до тем­пературы 500-550’С и охлаждением в воде.

Латунь (сплав меди с цинком) сваривают всеми способами, указанными для меди. Основное затруднение при сварке латуни связано с кипением и интенсивным испарением цинка, пары ко­торого в воздухе образуют ядовитые оксиды. При сварке латуни угольным электродом применяют присадочные прутки из лату­ни ЛМц-58-2 и флюс из~молотого борного шлака или буры. При­меняют также прутки из латуни типа ЛК, содержащей кроме меди и цинка кремний.

При сварке плавящимся электродом применяют проволо­ку из латуни, содержащей: цинка — 38,5-42,5%, марганца — 4-5%, алюминия — 9,5%, железа — 0,5-1,5% , остальное — медь. Покрытие наносят в два слоя. Первый слой толщиной 0,2-0,3 мм состоит из марганцевой руды — 30%, титанового концентрата — 30%, ферромарганца — 15%, мела — 20% и сернокислого калия — 5%. Связующим является жидкое стек­ло. Второй слой толщиной 0,8-1,1 мм состоит из борного шла­ка, замешенного на жидком стекле.

Автоматическая сварка латунных изделий производится электродной проволокой марки Ml под флюсом АН-348-А или ОСЦ-45 с добавкой 10 мае. ч. борной кислоты и 20 мае. ч. каль­цинированной соды, нй 100 мае. ч. флюса. Сварка ведется посто­янным током прямой полярности. Напряжение тока 38-42 В, сва­рочный ток при диаметре проволоки 2 мм составляет 300-480 А.

Латунь при газовой сварке нормальным пламенем выделяет пары, в результате чего шов получается пористым. Поэтому при­меняют пламя с избытком кислорода (до 30-40%). Кислород окис­ляет часть цинка. Образующаяся на поверхности сварочной ван­ны оксидная пленка защищает расплавленный металл от даль­нейшего окисления.

Свариваемые кромки зачищают до металлического блеска. Оксиды удаляют травлением с помощью 10% - го водного раствора азотной кислоты с последующей промывкой горячей водой и про­тиркой насухо. Удельная мощность пламени 100-150 д/(ч-мм). Мундштук горелки устанавливают под углом 80-90°, а присадоч­ный пруток —■ под углом 80° к мундштуку горелки.

Чтобы не допустить интенсивного окисления, сварку произ­водят быстро, без перерывов и в один проход. Расстояние ядра пламени от ванны 7-Ю мм. Латунь толщиной более 15 мм реко­мендуется предварительно подогревать до 500-550°С. После свар­ки шов проковывают. Если латунь содержит более 60% меди, то проковку шва производят в холодном состоянии. Если меди менее 60%, то швы проковывают при температуре 700*0. После проковки швы подвергают отжигу при температуре 600-650°С, с последующим медленным охлаждением.

Бронза — сплав меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, цинком и свинцом. При сварке угольным электродом оловянистых бронз в качестве присадочного материала применя­ют прутки из сплава, содержащего меди — 95-96%, кремния — 3-4%, фосфора — 0,25%. Флюс — прокаленная бура или борный шлак. При сварке специальных бронз применяют прутки, изго­товленные из бронз свариваемых марок или близких им по хими­ческому составу. Ток постоянный, прямой полярности. Сварку металлическим электродом фосфористой бронзы выполняют прутками следующего состава: олова 12%, фосфора =— 0,15-0,45%, остальное — медь.

Для свинцовых бронз применяют прутки из сплава, содер­жащего свинец — 21%, олово — 8%, цинк — 1*5%, остальное — медь. Прутки покрывают различными защитными покрытиями. Ток постоянный, обратной Полярности. При диаметре прутка 6-8 мм сварочный ток составляет 200-300 А. Рекомендуется пред­варительный подогрев свариваемых деталей до температуры 250~300“С. Допускается легкая проковка сварного шва для улуч­шения качества наплавленного металла.

Газовую сварку бронзы производят нормальным пламенем. Удельная мощность горелки 100-150 л/(ч*мм). Свариваемые кромки подготавливают так же, как и при сварке меди. Сварку ведут как можно быстрее и в один проход. Конец ядра пламени должен быть на расстоянии 7—10 мм от поверхности сварочной ванны.

Как и при сварке меди, допускается применение второй по­догревающей горелки удельной мощностью 100 л/(ч*мм). После сварки изделие нагревают до температуры 400-450‘С, затем охлаждают в воде.