Каковы основные особенности сварки меди?

Медь широко применяется при изготовлении изделий различного назначения: сосудов, трубопроводов, электрораспределительных устройств, химической аппаратуры и др.

Многообразие использования меди связано с ее особыми физическими свойствами. Медь обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, устойчива к коррозии. Плотность меди 8,93 г/см³, температура плавления 1083 ⁰С, температура кипения 2360 ⁰С.

Трудности сварки меди обусловлены ее физико-химическими свойствами. Медь склонна к окислению с образованием тугоплавких окислов и поглощению газов при ее расплавлении, обладает высокой теплопроводностью, имеет большой коэффициент линейного расширения при нагревании.

Склонностью меди к окислению вызвано применение при ее сварке специальных флюсов, защищающих расплавленный металл от окисления и растворяющих образовавшиеся окислы, из которых получаются шлаки. Высокая теплопроводность меди требует применения более мощного пламени, чем при сварке стали.

Свариваемость меди зависит, кроме того, от ее чистоты. Особенно ухудшает свариваемость наличие в меди висмута, свинца, серы и кислорода. Содержание кислорода в зависимости от марки меди колеблется от 0,02 до 0,15%. Висмут и свинец придают хрупкость и красноломкость. Присутствие в меди кислорода в виде закиси меди (Сu₂O) вызывает образование хрупких прослоек металла и трещин в зоне термического влияния.

На сварку меди оказывает влияние не только кислород, растворенный в меди, но и кислород, поглощаемый из атмосферы. При этом наряду с закисью меди образуется окись меди. Оба эти окисла затрудняют газовую сварку, поэтому их необходимо удалять с помощью флюса.

Водород и окись углерода также отрицательно влияют на газовую сварку меди. В результате их взаимодействия с закисью меди образуются пары воды и углекислый газ, образующие поры в металле шва. Чтобы избежать порообразования, сварку меди необходимо выполнять строго нормальным пламенем.

Чем чище медь и чем меньше она содержит кислорода, тем лучше она сваривается. По ГОСТ 859-2001 для изготовления сварных конструкций выпускается медь марок М 1р, М 2р и М 3р, имеющая пониженное содержание кислорода (до 0,01%).

Ручная дуговая сварка меди выполняется угольным или металлическим электродом. При сварке угольным или графитовым электродом в качестве присадочного материала используют прутки из меди М1, прутки из бронзы Бр.ОФ6,5-0,15 или медные прутки МСр1, содержащие до 1% серебра. Применяют также прутки из латуни ЛК62-0,5.

Для предохранения меди от окисления и улучшения процесса сварки применяют флюсы, которые наносят на разделку шва и на присадочные прутки флюсы имеют следующие составы: 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 взять 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).

Мощность сварочного пламени при сварке меди толщиной до 4 мм выбирают из расчета расхода ацетилена 150-175 дм³/ч на 1 мм толщины свариваемого металла, при толщине до 8-10 мм мощность увеличивают до 175-225 дм³/ч. При больших толщинах рекомендуется сварка двумя горелками: одной ведется подогрев, а другой – сварка. Для уменьшения теплоотвода сварку выполняют на асбестовой подкладке. Для компенсацию больших потерь тепла за счет отвода в околошовную зону применяют предварительный и сопутствующий подогрев свариваемых кромок. Подогревают кромки одной или несколькими горелками.

Пламя для сварки меди выбирают строго нормальным, так как окислительное пламя вызывает сильное окисление, а при науглероживающем пламени появляются поры и трещины. Пламя должно быть мягким, направлять его следует под большим, чем при сварке стали, углом. Сварка выполняется восстановительной зоной, расстояние от конца ядра до свариваемого металла – 3-6 мм. В процессе сварки нагретый металл должен быть все время зашищен пламенем. Сварку ведут как левым, так и правым способом с максимальной скоростью и без перерывов.

Свариваемые изделия устанавливают под углом 10⁰ к горизонтальной плоскости. Сварку ведут на подъем. Угол наклона мундштука горелки к свариваемому изделию составляет 40-50⁰, а присадочной проволоки – 30-40⁰.

При сварке вертикальных швов угол наклона мундштука горелки составляет 30⁰ и сварку ведут снизу вверх. Медные детали не рекомендуется скреплять прихватками. Длинные швы сваривают в свободном состоянии обратноступенчатым способом. Газовую сварку меди выполняют только за один проход.

На процесс газовой сварки меди большое влияние оказывает состав присадочной проволоки. В качестве присадка применяют прутки и проволоку согласно ГОСТ 16130-85 следующих марок: М-1, МССР1, МНЖ5-1, МНЖКТ5-1-0,2-0,2. Сварочная проволока МСр1 содержит от 0,8 до 1,2% серебра.

Диаметр присадочной проволоки зависит от толщины свариваемого металла и должен быть равным 0,5-0,75 толщины металла, но не более 8 мм. Сварочная проволока должна плавиться спокойно, без разбрызгивания. Желательно, чтобы температура ее плавления была ниже температуры плавления основного металла.

Для предохранения меди от окисления, а также для раскисления и удаления в шлак образующихся окислов сварку выполняют с флюсом. Флюсы изготовляют из окислов и солей бора натрия. Флюсы могут быть в виде порошка, пасты или газообразные. Составы флюсов (в процентах) для сварки меди приведены в таблице.

Состав флюсов для сварки меди

Таблица 15              

Компонент	Номер флюса
	1	2	3	4	5	6	7
Бура прокаленная Борная кислота Поваренная соль Кислый фосфорнокислый натрий Кварцевый песок Древесный уголь	100 - - - - -	25 75 - - - -	50 50 - - - -	30 50 10 10 - -	50 35 - 15 - -	50 - - 15 15 20	70 10 20 - - -

 

Флюсы № 5 и 6, содержащие соли фосфорной кислоты, используются при сварке проволокой, не содержащей раскислителей фосфора и кремния.

Сваривать медь можно и с газообразным флюсом БМ-1. В этом случае наконечник горелки надо увеличитъ на один номер, чтобы снизить скорость нагрева и повысить мощность сварочного пламени. При использовании газообразного флюса применяют установку КГФ-2-66. Порошкообразный флюс посыпают по обе стороны от оси шва на 40-50мм.

Флюс в виде пасты наносят на кромки свариваемого металла и на присадочный пруток. Остатки флюса удаляют промывкой шва 2-процентным раствором азотной или серной кислоты. Для улучшения механических свойств наплавленного металла, повышения плотности и пластичности шва после сварки металла шов рекомендуется проковать.

Детали толщиной до 4 мм проковывают в холодном состоянии, а при большей толщине – при нагреве до 550 – 600 ⁰С. Дополнительно улучшить металл шва после проковки можно с помощью термической обработке (нагрев до 550 – 600 ⁰С и охлаждение в воде). Сваренные изделия нагревают сварочной горелкой или в печи. После отжига металл шва становится вязким.