Глава 1 МЕДЬ И МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

Назад: 1.2 Общие сведения о свариваемости меди.

1.3 Медные сплавы и особенности их свариваемости

Сплавы на медной основе в зависимости от состава и содержания легирующих элементов относят к латуням, бронзам или медно-никелевым сплавам.

Латунями называются сплавы меди с цинком, в которых в незначительных количествах также могут содержаться Al, Fe, Ni, Si. Латуни имеют повышенную прочность по сравнению с медью (_в 500 МПа) и используются в качестве конструкционных коррозионных материалов. Латуни выпускаются по ГОСТ 15527-70 и 17711-80 и маркируются в соответствии с содержанием легирующих. Например, марка Л63 содержит 63 % Cu и 37 % Zn, а латунь ЛА-77-2 соответственно 77 % Cu, 2 % Al и 21 % Zn.

Большинство сваривающихся марок латуней обычно относятся к - и к -сплавам. Появление -фазы существенно снижает пластичность -латуней и увеличивает их прочность и твердость.

Кроме особенностей свариваемости, характерных для сварки меди, проблемой сварки латуней является выгорание цинка (Т_кип = 907 ⁰С, а Т_пл из латуни = 700 ⁰С), что требует повышения содержания легирующих в сварочных материалах и корректировок тепловых режимов сварки (они должны препятствовать выгорание цинка). Испарение цинка не только изменяет химический состав шва, но и приводит к образованию пор в шве, снижению его механических свойств и, в первую очередь, пластичности. Подавлению пор способствует введение в шов Si и Mn.

Бронзы представляют собой многокомпонентные сплавы на медной основе, основными легирующими элементами которых являются Al, Si, Mn, Sn, Cr, Be, Fe, Ni, Zr, Cd, P при содержании цинка не более 4-5 %. Название бронзы определяется по основному легирующему элементу. Маркировка бронз предусматривает буквенное и цифровое обозначение содержания легирующих элементов. Например, кремнемарганцовистая бронза марки БрКМц3-1 содержит 3 % Si и 1 % Mn, а бронза БрАЖ9-4 содержит 9 % Al и 4 % Fe. Широкое применение имеют бронзы оловянистые (2-10 % Sn), алюминиевые (4-11,5 % Al), кремнистые (0,5-3,5 % Si), хромистые (0,4-1,0 % Cr), выпускаемые по ГОСТ483-79, ГОСТ 18175-78, ГОСТ5017-71, ГОСТ613-79. Бронзы отличаются от меди повышенными механическими, коррозионными, антифрикционными и другими свойствами.

Свариваемость бронз ограничивается образованием в металле шва эвтектик и окислов легирующих элементов. Например, наличие в составе бронз фосфора или свинца, способствует образованию легкоплавких эвтектик и появлению горячих трещин, а содержание алюминия затрудняет сварку за счет образования хрупких интерметаллидов CuAl₂, и тугоплавкого окисла Al₂O₃, приводящих к трещинам и ухудшению формирования шва, загрязнению его шлаковыми включениями и т.п. Указанные проблемы усложняют технологию сварки как за счет трудностей подбора надлежащих сварочных материалов, так и повышенных требований к защите зоны сварки, выбора оптимальных параметров режимов, способов подготовки и очистки поверхности свариваемых поверхностей.

Медно-никелевые сплавы представляют собой в большинстве случаев неограниченные твердые растворы. Они применяются как конструкционные теплостойкие, коррозионно-устойчивые и электротехнические материалы и выпускаются по ГОСТ492-78.

Наиболее широкое применение для сварных конструкций получили сплавы марок МНЖ5-1, МНЖМц30-1-1 (мельхиор), МН-19, МНЦ15-20 (нейзильбер), МНМц3-12(манганин).

Основной трудностью сварки этих сплавов является их склонность к горячим трещинам из-за образования метастабильных и хрупких эвтектик, располагающихся по границам зерен при кристаллизации шва. Как правило, охрупчивают швы примеси S, P, O₂, а также нерастворимые в меди и никеле Bi, Pb. Это требует жесткого ограничения их содержания в медно-никелевых сплавах и повышает требования к уровню технологии их сварки (выбор сварочных материалов, условия защиты зоны сварки, специальное легирование швов и т.д.).

Другой проблемой свариваемости медно-никелевых сплавов является порообразование, что связано, с резким снижением растворимости водорода при кристаллизации ванны. Этот процесс усугубляется различием в уровнях растворимости водорода в меди и в никеле. Наличие в жидкой ванне кислорода (например, в виде закиси никеля) способствует росту порообразования из-за появления паров воды при взаимодействии закиси никеля с водородом:

NiO + 2H Ni + H₂O.

Азот также вызывает поры в медно-никелевых сплавах. Естественно, что предотвратить образования пор может достигаться как использованием сварочных материалов высокой чистоты (по примесям и газам), так и использованием в качестве легирующих элементов-модификаторов (Ti,Al).

Далее: 1.4 Технологические особенности процессов и рекомендации по сварке меди и ее сплавов.