Характеристика сварки меди и ее сплавов. Особенности и технология основных способов сварки

Сложность свариваемости меди заключается в особенностях материала:

• высокая теплопроводность предъявляет особые требования к использованию источников нагрева с высокой тепловой мощностью;
• большая текучесть в расплавленном состоянии заставляет выполнять работы в нижнем положении на специальных подкладках;
• способность к чрезмерному окислению в расплавленном состоянии приводит к необходимости использования флюсов;
• высокий коэффициент линейного расширения вынуждает принимать меры по защите от остаточных деформаций свариваемых конструкций.

Примеси, входящие в состав меди, влияют на ее свариваемость:

• кислород понижает механические и технологические качества металла и коррозийную стойкость;
• висмут и свинец образуют с металлом легкоплавкие эвтектики и придают хрупкость и красноломкость основному и наплавленному материалу.

В текучем состоянии водород сильно поглощается медью, что может привести к трещинам и порам в шве (так называемая «водородная болезнь»).

Подготовка меди

Перед сваркой проводится подготовка поверхности кромок и прилегающих участков шириной 25-30 см. Выполняется очистка от загрязнений и обезжиривание бензином, уайт-спиритом, четыреххлористым углеродом или ацетоном. После обезжиривания удаляется поверхностная пленка металла механическим способом (с помощью стальной щетки, столярного инструмента – шабера).

Элементы из меди, предназначенные для сварки, должны отвечать информации, изложенной в сертификатах, ГОСТах, технических условиях (марка, химический состав, свойства).

Медь для изготовления ответственных конструкций перед сваркой проверяется на вмещение кислорода (не более 0.01%), висмута и свинца. Во избежание проявления «водородной болезни» перед сваркой прокаливают электроды, что способствует снижению количества водорода в зоне сварки.

Чтобы предотвратить появление трещин в металле, свариваемые элементы не рекомендуется закреплять жестко.

Технологии способов сварки меди

Сварку меди проводят всеми методами плавления с учетом специфических свойств материала.

Ручная дуговая

Применяемые электроды — с защитным покрытием (фосфор, марганец, кремний). Режим — постоянным током обратной полярности. Работа проводится короткой дугой без поперечных колебаний. Качественное образование шва достигается возвратно-поступательным действием электрода.

Особенности сварочного процесса в зависимости от толщины меди:

• до 4 мм — выполняется без подогрева и без разделки кромок;
• 5-10 мм – совершается с заранее выполненным подогревом до 250-300° С с односторонней разделкой кромок (угол 60-70°), притупление кромок — 1.5-3 мм;
• большая толщина требует Х-образной разделки.

Электродные стержни сечением 3-6 мм подбирают тождественными основному материалу. После окончания процесса проводится проковка и быстрое водяное охлаждение.

Сварка с применением угольных или графитовых стержней

Метод ручной сварки угольными электродами уместен для медных изделий малой важности с толщиной до 15 мм. При большей толщине материала рациональнее использовать графитовые стержни. Режим: постоянный ток прямой полярности. Плотность тока — 200-400 А/см ². Электроды заточены на 1/3 длины на конус.

Рабочий процесс ведется длинной дугой. Присадка в ванну не погружается. Ее располагают в 5-6 мм от плоскости ванны. Угол к изделию — 30°. Стержень размещают по отношению к свариваемому предмету под углом 75-90°.

Ввиду того что образующийся в процессе работы углекислый газ не полностью защищает от окисления жидкий металл, используют присадочную проволоку с фосфорным раскислителем и флюс (бура и магний). Перед нанесением флюса в виде пудры поверхность прутка или кромок смачивают жидким стеклом. После покрытия флюсом рабочие элементы просушивают на воздухе.

Особенности процесса:

• медь толщиной до 4 мм соединяется без скоса кромок;
• соединение металла встык толщиной более 5 мм сваривают на асбестовой или графитовой подкладке с разделкой кромок (угол 70-90°);
• после сварки рекомендуется выполнить проковку шва (550-800° С) и быстро охладить в воде.

Ручной аргонодуговой способ

Сварка производится неплавящимся вольфрамовым электродом в режиме постоянного тока прямой полярности в среде защитного газа — аргона высокой чистоты.

Особенности технологии:

1. Соединение металла толщиной более 4 мм проводится с применением предшествующего подогрева (до температуры 800° С). Применяется присадочный материал — медная проволока или медно-никелевая, бронзовая.
2. Медь сечением свыше 5 мм сваривается V- или Х-образной разделкой кромок (угол раскрытия 60-70°), направление — справа налево углом вперед. Наклон электрода к обрабатываемому предмету – 80-90°.

С учетом факта, что медь относится к материалу с плохими литейными качествами, важно правильно выбрать присадку. Рекомендуется сплав меди с раскислителями – цинком, оловом, фосфором.

Полуавтоматическая сварка

Метод уместен при сварке меди толщиной 2-3 мм и более. Режим – постоянный ток обратной полярности в газовой среде (гелий, азот, аргон) и их смесей с кислородом.

Особенности процесса:

• полуавтоматическая сварка швов 500-700 мм длиной выполняется непрерывно;
• для швов большей длины применяется обратноступенчатый способ;
• наклон горелки – углом вперед (10-15° от вертикали);
• промежуток от свариваемого материала до сопла горелки составляет 20-25 мм;
• расположение шланга с проволокой должно быть таким, чтобы не образовывались сгибы проволоки.

Сваривание сплавов

К сплавам меди относятся латуни и бронзы.

Сварку латуни проводят короткой дугой в режиме постоянного тока обратной полярности. После проведения процесса шов проковывается и отжигается. Также для сплава применяют методы сварки вольфрамовым электродом в аргоновой или гелиевой среде и угольной дугой. Проблемы при работе вызваны ядовитыми испарениями цинка, поэтому сварка латуни требует вентиляции рабочего места и применения респиратора.

Бронзы по свариваемости имеют отличительные особенности, поэтому технологические процессы различны. Химический состав присадочного материала должен быть идентичен составу свариваемого металла. Режим сварки — постоянный ток обратной полярности короткими участками. Тип электрода подбирается в зависимости от состава бронзы.

Медь с алюминием

Получение неразъемных соединений меди с алюминием достигается сваркой плавлением, давлением или совместным их действием. Предпочтение отдается методу давлением. Процессом холодной сварки получают биметаллические листы алюминий-медь (способ плакирования). Также имеется технология, сочетающая холодную прокатку с горячей. Другие применяемые способы сварки:

• трением, оплавлением и сопротивлением (соединение круглых элементов сплошного и трубчатого сечения);
• аргонодуговая;
• термитная;
• заливкой.

Дуговая сварка плавлением меди с алюминием имеет трудности, предопределенные свойствами этих материалов – значительной разницей температур плавления, высокой прочностью пленки окиси, ограниченной взаимной растворимостью металлов.

Медь со сталью

Соединение осуществляется сваркой плавлением:

• ручной электродуговой плавящимися и неплавящимися электродами;
• автоматической и полуавтоматической под флюсом;
• в среде защитных газов;
• газовой.

При толщине соединяемых деталей от 3 мм применяют автоматическую сварку стыковых и угловых швов под слоем флюса. Соединение меди со сталью толщиной от 1 мм проводится аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом.

Для получения сварочных соединений с узким швом применяют электронно-лучевой метод.