Зварювання міді і її сплавів

Зварюваність міді. Мідь зварюється погано через її високу теплопровідність, водопровідність і підвищеної схильності до утворення тріщин при зварюванні.

Теплопровідність міді при кімнатній температурі в шість разів більше теплопровідності технічного заліза, тому зварювання міді і її сплавів повинна вироблятися зі збільшеною погонною тепловою енергією, а в багатьох випадках з попереднім і супутнім підігрівом основного металу.

При переході з твердого стану в рідке мідь виділяє велика кількість теплоти (схована теплота плавлення), тому зварювальна ванна підтримується в рідкому стані більш тривалий час, чим при зварюванні стали. Підвищена водопровідність міді утрудняє її зварювання у вертикальному, горизонтальному й особливо в стельовому положеннях.

Водень у присутності кисню робить негативна дія на властивості міді. Водень, що проникає в мідь при підвищених температурах зварювання, реагує з киснем оксиду міді (Сu2О + 2Н Н2О + 2Сu), утворить водяна пара, що, прагнучи розширитися, приводить до появи дрібних тріщин. Це явище при зварюванні міді називають «водневою хворобою». Якщо зварювати мідь покритими мідними електродами без підігріву виробу, що зварюється, (зі швидким охолодженням), то виникають гарячі тріщини.

Однак при зварюванні з підігрівом, що створює умови повільного охолодження, водяна пара в більшості випадків до затвердіння металу виходить назовні; невелика частина водяної пари залишається між шаром зварювального шлаку і поверхнею металу шва. У результаті цього поверхня металу шва після видалення ще гарячого шлаку стає нерівної з дрібними поглибленнями, що можна уникнути при дуже повільному охолодженні шва і шлаку.

Чим більше утримується кисню в міді, що зварюється, тим значніше виявляється «воднева хвороба».

Домішки в міді миш'яку, свинцю, сурми, вісмуту і сірки утрудняють зварювання. Вони практично не розчиняються в міді, не утворять з нею легкоплавкі хімічні сполуки, що, знаходячись у вільному стані, розташовуються по границях зерен і послабляють міжатомні зв'язки. У результаті під дією усадочної сили, що розтягує, у процесі охолодження звареного з'єднання утворяться гарячі тріщини. Тому зміст кожної зі шкідливих домішок (кисню, вісмуту, свинцю в міді й у зварювальних матеріалах) не повинне бути більш 0,03 %, а для особливо відповідальних зварених виробів — 0,01 %.

Коефіцієнт лінійного розширення міді більше коефіцієнта лінійного розширення заліза, у зв'язку з чим зварювальні деформації при зварюванні конструкцій з міді і її сплавів трохи більше, ніж при зварюванні сталей.

Основні види зварювання міді плавленням: дугова покритими електродами; дугова порошковим дротом, дугова в газі, автоматична дугова під флюсом, плазменна зварювання, газове зварювання й ін.

Зварювання міді покритими металевими електродами дає задовільну якість у випадках, якщо мідь, що зварюється, містить кисню не більш 0,01 %. При змісті в міді кисню в кількостях більш 0,03 % зварені з'єднання мають низькі механічні властивості.

Для зварювання міді застосовують покриті електроди марок ДО-100 (завод «Комсомолець»), ОМЗ-1 (досвідчений Московський завод) і ін. Склад електрода марки ДО-100 наступний: стрижень з металу марки М1; покриття — плавиковий шпат 12,5%, польовий шпат—15%, феромарганець Мn1, Мn2 — 47,5%, кремениста мідь (73 — 75% міді, 23 — 25% кремнію й інше домішки) — 25 %.

Зварювання ведуть у нижнім положенні на постійному струмі зворотної полярності. При зварюванні аркушів товщиною більш 6 мм потрібен попередній підігрів основного металу до 300 — 400 °С.

Газове зварювання мідних аркушів товщиною до 10 мм виконується полум'ям потужністю 150 дм3 ацетилену/год на 1 мм товщини металу. Аркуші

більшої товщини зварюють полум'ям з розрахунку 200 дм3/год на 1 мм товщини металу. Зварювання краще робити одночасно двома пальниками з двох сторін відбудовним полум'ям, для того щоб не допускати утворення в зварювальній ванні оксидів міді. Зварювання міді на вуглевоживаючим полум'ям не допускаються, тому що при цьому утворяться пори і тріщини у шві внаслідок утворення З2 і Н2О по реакціях: З + Сn2О-+З2 + 2Сn; Н2 + Сn2ОН2О + 2Сn.

Шов заповнюється за один шар. Багатошарове газове зварювання викликає перегрів металу і тріщини у швах. Щоб уникнути перегріву міді, зварювання варто вести з високими швидкостями нагрівання й охолодження зварених з'єднань.

Метал товщиною до 2 мм зварюють встик без присадочного матеріалу, при товщині 3 мм і більш застосовують скіс крайок з кутом оброблення 90° і притупленням 1,5 - 2 мм. Толсті мідні аркуші зварюють встик з обробленням крайок у вертикальному положенні одночасно з двох сторін двома пальниками. Присадочний дротом служить чиста мідь або мідь зі змістом розкислювачів: фосфору — до 0,2 % і кремнію — до 0,15 - 0,30%. Дріт підбирають діаметрами від 1,5 до 8 мм у залежності від товщини аркушів, що зварюються; дріт діаметром 8 мм уживається для аркушів товщиною 15 мм і більш.

Газове зварювання міді виконується з флюсами, що складаються в основному з бури.

Висока якість звареного з'єднання одержують, застосовуючи газофлюсового зварювання, при якій порошкоподібний флюс засмоктується ацетиленом і подається безпосередньо в полум'я пальника від спеціальної установки КГФ-2-66.

Застосуванню проковування металу шва (краще околошовного металу) ще більш поліпшує механічні властивості зварених з'єднань.

Зварювання латуні. Латунь являє собою сплав міді з цинком; температура плавлення латуні 800-1000 С.

При дуговому зварюванні з латуні інтенсивно випаровується цинк; розплавлений метал поглинає водень, що не устигає виділитися при затвердінні рідкого металу в зварювальній ванні, у результаті чого у шві утворяться газові пори. Водень попадає в зварювальну ванну з покриття, флюсу або повітря.

Зварювання латуней покритими електродами знаходить обмежене застосування, в