Медь и ее сплавы. Сварка.

Часть II

Возникновение пор и микротрещин может быть также связано и с усадочными явлениями, протекающими в процессе кристаллизации сварного шва.

Низкая стойкость меди и ее сплавов против возникновения пор в сварных швах в основном обусловлена активным взаимодействием меди с водородом и протеканием при этом сопутствующих процессов (образование водяных паров, выделение водорода).

Медь и сплавы из меди при сварке подвержены образованию горячих трещин.

 Обусловлено это высоким значением коэффициента теплового расширения, большой величиной усадки при затвердевании и высокой теплопроводностью наряду с наличием в меди и ее сплавах вредных примесей (кислорода, мышьяка, сурьмы, висмута, свинца, серы), которые образуют с медью легкоплавкие эвтектики.

 При затвердевании металла шва эвтектики сосредоточиваются по границам кристаллов, снижая межкристаллитную прочность.

Для обеспечения высоких свойств металла концентрацию примесей в меди ограничивают.

Так, например, в меди допускается не более 0,005 процента сурьмы, 0,005 висмута, 0,004 серы.

Входе работ по сварке меди и ее сплавов в швах формируется крупнокристаллическая структура. Связано это с высокой теплопроводностью меди и ее сплавов, что способствует при сварке интенсивному распространению теплового потока от центра сварного шва в основной металл.

При этом создаются благоприятные условия для направленной кристаллизации от зоны сплавления в глубь сварочной ванны.

Так как в этих условиях не появляются новые центры кристаллизации, в сварном шве образуется зона с кристаллитами избирательной ориентации.

 Кристаллиты вытягиваются в направлении теплового потока, образуя крупнозернистую столбчатую структуру сварного шва.

Интенсивное распространение теплоты в основной металл при сварке способствует росту зерна в зоне термического влияния.

В связи с высокой теплопроводностью меди и ее сплавов для местного расплавления металла необходимо применять источники теплоты с высокой тепловой мощностью и концентрацией энергии в пятне нагрева.

Так как высокая теплопроводность и быстрый отвод теплоты ухудшает формирование шва, возрастает склонность к появлению в сварных швах дефектов (непроваров, подрезов, наплывов, трещин, пористости). Поэтому сварку металла большой толщины (свыше 10-15 миллиметров) выполняют обычно с предварительным и сопутствующим подогревом.

Предварительный подогрев обеспечивает более равномерное распределение теплоты в сварочной ванне, улучшает условия кристаллизации сварного шва, снижает внутренние напряжения и вероятность возникновения трещин.

Изделия подогревают либо газовым пламенем, либо рассредоточенной дугой и иными способами.

 Изделия из меди подогревают до температуры 250-300^оС, бронзы – 500-600^оС, из латуней до 300-350^оС.

Тонколистовые конструкции с толщиной стенки от 1,5 до 2 миллиметра сваривают встык без разделки либо с отбортовкой кромок. Высота отбортовки 1,5-2s (где s – толщина свариваемых листов).

Листы толщиной до 5 мм сваривают то же без разделки кромок, но с зазором до 2 мм.

 Листы толщиной свыше 10 мм сваривают с разделкой кромок: под газовую сварку с углом разделки 90^о и притуплением кромок до 5 мм.

 Под ручную дуговую сварку электродами с углом разделки 70^о и притуплением кромок до 3 мм.

Под автоматическую с углом разделки до 60^о и притуплением кромок до 4 мм.

Стыковые соединения сваривают обычно на формирующих подкладках из керамики, меди, графита и флюсовой подушке. Тавровые соединения больших толщин для удержания жидкой ванны рекомендуется сваривать в «лодочку».

Для присадки применяют прессованные прутки либо проволоку диаметром от 3 до 10 мм.

Химический состав присадочных стержней выбирают в зависимости от требований к сварным швам и метода сварки.

Конструкции из меди сваривают с присадочной проволокой аналогичного состава или легированной фосфором и кремнием до 0,2-0,3 процента.

При введении в сварочную ванну указанных раскислителей происходит восстановление Cu2O.

Продукты реакции переходят в шлак, металл шва очищается от кислорода.

Для повышения прочностных свойств металла шва используют присадочные стержни, легированные марганцем, кремнием, фосфором, железом, оловом и другими элементами.

При сварке α-латуней марок Л59, Л63, Л68 и других рекомендуется применять присадочный металл который легирован кремнием и железом (ЛК80-3, ЛЖМц-59-1-1, ЛМц59-02, БрКМц3-1).

Для сварки сложных латуней и бронз присадочный металл аналогичен основному.

Пламя газовой горелки – малососредоточенный источник теплоты. Использовать его можно лишь для сварки конструкций из тонколистовых элементов.

При газовой сварке меди и ее сплавов в качестве флюса применяют соединения бора (борный ангидрид, бура, борная кислота).

Для сварки алюминиевых бронз в состав флюсов вводят фториды и хлориды щелочных металлов.

Используют так же газообразный флюс (БМ-1), состоящий из метилбората 70-75% В (ОСН3)3 и 30-35% метилового спирта СН3ОН.

( часть1 - часть2 - часть3 )