Глава 1 МЕДЬ И МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

Глава 1 МЕДЬ И МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

1.4.2 Технология сварки меди

Механизированная сварка под флюсом применяется для соединяемых элементов S = 3-60 мм, в том числе для стыковых соединений S 40 мм. Технология, как правило, не предусматривает предварительного подогрева кромок. Для прихватки под сварку используют сварочные материалы (проволоки и флюсы), которые будут применяться при сварке. Некоторые рекомендуемые сварочные материалы для автоматической сварки меди под флюсом приведены в табл.1.2.

Таблица 1.2 – Сварочные материалы для сварки меди

Группа флюса	Марка флюса	Марка проволоки (пластины)
Высококремнистый марганцевый	АН-348, ОСЦ-45М	БрКМц3-1,БрОЦ4-3, М1
Низкокремнистый безмарганцевый	АН-20С	М1, БрКМц3-1, БрОЦ4-3
Среднекремнистый маломарганцевый	АН-26С	М1, БрКМц3-1, БрОЦ4-3
Бескислородный фторидный	АН-М1	М1
Керамический	ЖМ-1	М1, М2, М3

Переход легирующих (Si, Mn) из флюсов и проволок в шов, как указывалось, повышает прочностные характеристики шва, но ухудшают электропроводность, теплопроводность. Поэтому в зависимости от требований к свойствам соединений подбираются различные системы флюс+проволока. Флюсы перед сваркой во избежание порообразования прокаливают при Т = 300-400 ⁰С в течение 1 часа. При сварке заготовок толщиной до S < 8 мм осуществляется односторонняя сварка, а при больших толщинах – двусторонняя. При S > 20 мм сварку без разделки кромок можно проводить расщепленным электродом, а при наличии разделки – бинарным электродом. Угловые (тавровые) соединения толщиной S = 16-30 мм осуществляются с односторонней разделкой, а при S > 30 мм – с двусторонней V-образной разделкой. Сварку ведут на флюсовой, графитовой или остающейся медной подкладке. В начале и окончании процесса используют заходные и выходные планки, привариваемые к заготовкам с зазором не более 1 мм. Прихватки обычно располагаются с шагом 300-400 мм, а их длина – 50-100 мм. Зазоры в стыке должны быть минимальными, равномерными и жестко контролируемыми.

Для сварки используют стандартные источники питания постоянного тока и специальные автоматы [3]. Сварка производится током обратной полярности. Режимы сварки выбираются такими, чтобы обеспечить наивыгоднейшие значения коэффициента формы шва ( = 1,8-2,0), снижающие вероятность образования горячих трещин. Примерные режимы сварки приведены в табл. 1.3 и могут быть в последующем уточнением при отработке технологии конкретного изделия.

Таблица 1.3 – Ориентировочные режимы сварки под флюсом

Тип соединения	Толщина элемента, мм	Форма подготовки кромок	I_св, А	Род тока	U_д, В	V_св, м/ч	d_пр, мм
Угловое	16-20	Без разделки	500-1000	постоянный обратной полярности	45-50	8.0-12.0	5.0
	25-30	Без разделки	1000-1100		45-50	6.0-8.0	5.0-6.0
	35-40	V-образная	1200-1400		48-55	4.0-6.0	6.0
Стыковое	5-6	Без разделки	500-550		38-42	40.0-45.0	4.0
	10-12		700-800		40-44	15.0-20.0	4.0-5.0
	16-20		850-1000		45-50	8.0-12.0	5.0

При сварке под флюсом нераскисленной меди рекомендуется использовать угольный электрод. В качестве присадки при этом применяют профилированные медные прутки или проволоку (латунную), закладываемую в стык и способствующую раскислению шва при их полном расплавлении.

Механизированная дуговая сварка в защитных газах плавящимся и неплавящимся электродом нашла наиболее широкое применение, что объясняется удобством регулирования состава шва, простотой наблюдения за процессом при S 2,0 мм, высокой производительностью, возможностью осуществлять сварку без подогрева (для S £ 10 мм). Сварку ведут в нижнем положении на флюсовой подушке или на остающейся медной подкладке.

Для ответственных стыковых соединений S = 2,5-7,0 мм преимущественно используется автоматическая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в инертных или смесях газах (особенно для корневых швов трубных соединений). При S = 20-60 мм (медные кристаллизаторы) целесообразна плазменная сварка без разделки кромок, а для малых толщин S = 0,1-1,0 мм (сильфоны, мембраны) эффективна микроплазменная сварка. В качестве защитных газов используются гелий, аргон высшего, первого и второго сортов (ГОСТ 10157-79) или азот первого и второго сортов (ГОСТ 9293-74).

В качестве электродов применяют вольфрамовые лантанированные (ЭВЛ-10) или иттрированные (ЭВИ-2) стержни по ГОСТ 23949-80.Возможно использование композиционных неплавящихся электродов (вольфрамовые стержни, плакированные медью), позволяющее в 2-3 раза повысить плотность тока и существенно (в 5-7 раз) снизить расход вольфрама. Присадочными материалами являются проволоки марок М1 и М0, обеспечивающие близость состава шва к основному металлу. При сварке плавящимся электродом в среде аргона чаще используются бронзовые проволоки, легированные раскислителями и упрочняющими шов элементами (БрКМц3-1, БрХ0,5, БрОЦ4-3, БрОФ6.5-0.4) и снижающие пористость швов.

Сварку неплавящимся электродом ведут на постоянном токе прямой полярности, а плавящимся – на обратной. Ориентировочные режимы однопроходной сварки неплавящимся электродом приведены в табл.1.4. [17]

Таблица 1.4 – Ориентировочные режимы сварки

Толщина, мм

Зазор, мм

I_св, А

U_д, В

V_св, м/ч

dW, мм

Р_газа,

л/мин

Т_подогр

2.0

0-0.5

100-120

10-14

25-30

3-4

10-12

нет

4.0

1.0-1.5

380-400

12-16

39-35

4-6

12-14

300-400

Сварка плавящимся электродом в защитных газах применяется реже, что связано с нестационарным переносом электродного металла в зависимости от величины тока, нестабильностью горения дуги, повышенным разбрызгиванием и ухудшением формирования шва.. При сварке в СО₂ (чистота 98,5 %) удовлетворительное формирование швов получается в узком контролируемом диапазоне режимов, что затрудняет применение этого процесса. Сварка проводится на постоянном токе обратной полярности.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами обеспечивает удовлетворительные механические свойства соединений, но существенно изменяет состав шва благодаря его легированию раскислителями. Раскислители меди при РДС вводят как в проволоку, так и в покрытие. В качестве стержней для электродов используются медь марки М1, бронзы БрКМц3-1, БрОФ4-0.25, БрХ07 и латунь Л90. Покрытия обычно содержат марганцевую руду, полевой и плавиковый шпат, порошкообразный алюминий, ферросилиций. Из наиболее часто применяемых электродов известными марками являются К-100 («Комсомолец»), АНЦ-1, АНЦ-2, ОМЗ-1, 3Т. Процесс сварки характеризуется повышенным разбрызгиванием, образованием пористости в швах и, как правило, требует подогрева свариваемых элементов до Т = 300-500 ⁰С. Сварка ведется на постоянном токе обратной полярности. Сварку выполняют короткой дугой, напроход, начиная и оканчивая процесс на технологических планках. Угловые и тавровые соединения рекомендуется сваривать при положении шва «в лодочку». Ток сварки выбирается ориентировочно по формуле: I_св = (45-55)d_э, а для электродов марки АНЦ I_св = (85-100)d_э.

Из других видов сварки следует отметить ЭШС как наиболее целесообразную для сварки больших сечений. Сварочные материалы, приведенные в табл. 1.2 используются и при ЭШС. Характерной особенностью процесса сварки является повышенные (по сравнению со сталью) зазоры под сварку (в среднем 50-70 мм). Уменьшение зазора снижает стабильность процесса из-за коротких замыканий электрода на изделие и приводит к снижению глубины проплавления и появлении дефектов, а большие зазоры – к снижению производительности и перерасходу присадочных материалов. Существенный недостаток ЭШС меди – рост зерна в ЗТВ и снижение из-за этого пластичности соединения. Сварку ведут на переменном токе.

Для ремонта изделий из меди используют газовую сварку при толщинах соединяемых элементов менее 15 мм. Для прихватки и сварки используют медные прутки, легированные 2 % Р и 0,15-0,3 % Si или проволоку марок М1р, М3р Фосфор хорошо восстанавливает медь из закиси меди и облегчает всплытие шлаков на поверхность ванны. Однако, его избыток охрупчивает шов. Легирование кремнием препятствует окислению ванны кислородом воздуха (за счет образования SiO₂ на поверхности ванны) и позволяет осуществлять сварку вертикальных швов. При сварке используют флюсы, одни из которых защищают ванну от окисления или способствуют выводу закиси меди в шлак, другие – раскисляют медь [4,17,2]. В качестве горючих газов используют ацетилен (С₂Н₂), выпускаемый по ГОСТ 5457-75 и кислород по ГОСТ 5583-78. Сварочное пламя по составу строго нейтральное.

Газовой сваркой в основном осуществляются соединения встык и по отбортовке толщиной 0,5-2,5 мм. Требования к подготовке кромок, чистоте сварочных и основных материалов такие же, как и для дуговой сварки.

Далее: 1.4.3 Технология сварки медных сплавов.