Глава 1 МЕДЬ И МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

Назад: 1.1 Способы получения и свойства меди и медных сплавов.

1.2 Общие сведения о свариваемости меди

Технологическая свариваемость меди осложняется неблагоприятным влиянием термического цикла сварки на снижение прочности и пластичности соединений. Инертная по отношению к другим элементам при нормальных температурах медь при нагреве активно реагирует с кислородом, серой, фосфором и галогенами. С водородом образует неустойчивый гидрид CuH. 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 Cu₂O. Закись меди, хорошо растворимая в жидкой меди, ограничено растворяется в твердой и образует с медью при Т = 1064 ⁰С легкоплавкую эвтектику Cu-Cu₂O, располагающуюся по границам зерен и охрупчивающую металл при нормальных температурах приводящую к образованию горячих кристаллизационных трещин в сварных швах. Учитывая малое время существования сварочной ванны (из-за большой теплопроводности меди) необходимо резко ограничивать содержание кислорода или вводить энергичные раскислители (P, 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 (коррозионная стойкость) свойств всего сварного соединения.

Кроме эвтектики Cu-Cu₂O образованию горячих трещин способствуют также другие эвтектоидообразующие примеси. Так окислы висмута BiO, Bi₂O₃, Bi₂O₄ образуют легкоплавкую эвтектику с Т_пл = 270 ⁰С, а окислы свинца PbO, PbO₂, Pb₂O₃ образуют эвтектику с Т_пл = 326 ⁰С.

В тоже время закись меди Cu₂O как отдельная фаза, застревающая в шве после его кристаллизации, легко восстанавливается водородом при кристаллизации ванны:

Cu₂O + 2H 2Cu + H₂O.

Необходимое количество водорода для протекания этой реакции выделяется за счет его десорбции при охлаждении шва. Образующиеся пары воды, нерастворимые в меди, скапливаются в дефектах (микрообъемах) кристаллизующегося металла, вызывая в них значительные локальные напряжения, приводящие к образованию микротрещин. Это явление получило название «водородной болезни» меди. Предупреждают это явление снижением концентрации водорода в зоне сварки, за счет надежной защиты ванны, прокалки флюсов и электродов, применяя осушенные газы и более чистые по примесям основные и электролизные металлы, тщательной очисткой и осушкой свариваемых кромок.

Раскисление закиси Cu₂O может происходить также и под действием окиси углерода по реакции:

Cu₂O + СО 2Cu + СO₂,

что способствует образованию пор из-за нерастворимости СО₂ в меди.

Кроме того поры в металле шва образуются из-за резкого снижение растворимости водорода при высоких скоростях кристаллизации сварочной ванны. Высокие температурные градиенты в зоне сварки интенсифицируют термическую диффузию водорода из основного металла к линии сплавления, образование в околошовной зоне 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. Высокая жидкотекучесть и рост зерна из-за собирательной рекристаллизации осложняют получение качественных соединений.

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

Далее: 1.3 Медные сплавы и особенности их свариваемости.