Сварка меди

Температура плавления меди 1080—1083°С. В интервале температур 300—500° С медь обладает горячеломкостью. Медь в жидком состоянии растворяет газы — кислород и водород, что затрудняет ее сварку. С кислородом медь образует закись меди (Си₂О), которая дает с медью промежуточный сплав Cu + Cu₂0, располагающийся по границам зерен. Так как температура плавления промежуточного сплава на 20° ниже температуры плавления чистой меди, то он способствует образованию горячих трещин при кристаллизации шва.

При затвердевании расплавленной меди, содержащей закись меди, в присутствии водорода образуются мелкие трещины. Это явление, называемое «водородной болезнью меди», возникает вследствие соединения водорода с кислородом закиси меди и образования водяного пара, который при высоких температурах, стремясь расшириться, вызывает появление трещин в металле шва. Трудность сварки меди обусловлена также ее высокой теплопроводностью (в 6—7 раз превышающей теплопроводность стали) и жидкотекучестью в расплавленном состоянии.

Чем меньше кислорода в виде закиси меди содержится в меди, тем лучше она поддается сварке. Примеси мышьяка, свинца, сурьмы и висмута затрудняют сварку меди. Наилучшей свариваемостью обладает электролитическая медь, содержащая не более 0,4% примесей. Литейная медь, содержащая до 1% примесей, сваривается хуже. Хром, марганец, железо, никель и тантал повышают прочность металла шва при сварке меди.

Дуговая сварка. Ввиду значительной теплопроводности меди дуговая сварка ее требует применения повышенной величины тока.

Жидкотекучесть меди выше, чем стали, поэтому кромки свариваемых листов нужно соединять плотно, без зазора. Угол раскрытия кромок должен быть 90°. Иногда кромки несколько осаживают, утолщая их для последующей проковки и наклепа с целью размельчения зерен металла сварного соединения. Медь толщиной более 6 мм сваривают с предварительным подогревом. Листы толщиной от 1 до 3 мм сваривают с отбортовкой кромок, без присадочного металла.

Тонкие листы (менее 6 мм) после сварки проковывают в холодном состоянии, а толстые — при температуре 200—300° С. Проковке подвергается металл шва и переходная зона. Для придания металлу шва вязкости и пластичности после проковки его нужно отжечь, нагрев до температуры 550—600° С и быстро охладив в воде. При этом металл шва и околошовной зоны приобретает мелкозернистое строение. Во избежание трещин проковку не следует вести при температуре выше 300° С, так как медь при такой температуре становится хрупкой. Сварку выполняют угольным или металлическим электродом с применением флюсов и покрытий.

Сварку угольным электродом ведут длинной дугой (10—15 мм) на постоянном токе прямой полярности при напряжении 40—55 в.

Во избежание образования закиси меди сварку следует выполнять быстро, без остановок и перерывов, со скоростью не менее 0,25 м/мин. Конец присадочного прутка должен находиться между концом электрода и расплавленной ванной основного металла, не погружаясь в нее. Электрод держат под углом 70—80°, а присадочный пруток — под углом до 30° к свариваемому листу.

Расплавляющаяся проволока должна каплями поступать в сварочную ванну. В качестве присадочного металла используют проволоку из чистой (электролитической) меди или из фосфористой бронзы Бр. 009-0,3, состоящую из 90,2% меди, 9,27% олова, 0,25% фосфора.

При сварке прутками Бр. 009-0,3 можно в качестве флюса применять смесь состава: 94—96% буры, 6—4% магния металлического в порошке.

При сварке меди металлическим электродом применяют медные электроды из проволоки Ml, М2 и МЗ или бронзы Бр. КМц-3-1 с покрытиями, в состав которых в качестве раскислителей вводятся ферромарганец, ферросилиций, кремнистая медь и др. Для защиты обратной стороны шва от окисления в канавку подкладки под швом насыпают флюс того же состава, что и покрытие. В качестве покрытия применяют флюс ММЗ-2, имеющий следующий состав: 43% симанала (сплав кремния, марганца, алюминия), 30% плавикового шпата, 14% полевого шпата, 8% графита, 5% поташа, 45% жидкого стекла к весу сухой смеси. Толщина слоя покрытия на сторону 0,35—0,8 мм. Ток постоянный, обратной полярности 50—60 а на 1 мм диаметра проволоки. Дуга должна быть максимально короткой. Сварка ведется быстро. При толщине металла до 4 мм скоса кромок не делают. При толщине свыше 4 мм угол скоса кромок 30—35°. Металл толщиной более 4 мм сваривают с предварительным подогревом до 200—300° С, после сварки применяют нагрев до 550—600° С и быстрое охлаждение в воде. Для уплотнения шов предварительно проковывают, как указано выше.

Медь, содержащую кислорода не более 0,01 %, можно сваривать электродами из меди Ml с покрытием «Комсомолец» следующего состава: 50% ферромарганца, 8% ферросилиция, 10% плавикового шпата, 12% полевого шпата, 20% жидкого стекла (к весу сухой части покрытия).

Медь с содержанием кислорода более 0,01% следует сваривать угольным электродом с присадочным прутком из бронзы Бр. Оф9-О,3.

Применяют также электроды ЭТ, разработанные Балтийским заводом в Ленинграде, со стержнем из кремнемарганцовистой бронзы Бр. КМц-3-1, содержащей 3% кремния и 1% марганца, и покрытием, состоящим из 17,5% марганцевой руды, 13% плавикового шпата, 16% графита серебристого, 32% ферросилиция 75%-ного, 2,5% алюминия в порошке. Покрытие замешивается на жидком стекле и наносится слоем 0,2—0,3 мм на стержень диаметром 4—6 мм. Сварка ведется короткой дугой на постоянном токе при обратной полярности; ток выбирается из расчета 50 а на 1 мм диаметра стержня электрода.

Медь сваривают также вольфрамовым электродом в защитной среде из азота.

Газовая сварка. Медь толщиной до 10 мм сваривают пламенем мощностью 150 дм³/ч ацетилена на 1 мм толщины металла.

При сварке более толстых листов мощность пламени увеличивают до 200 дм³/ч ацетилена на 1 мм, в этом случае лучше применять сварку одновременно двумя горелками, каждая мощностью по 100 дм³/ч ацетилена на 1 мм толщины листа. Пламя должно быть только восстановительным; появление в пламени избытка кислорода приводит к окислению меди. При избытке в смеси ацетилена происходит восстановление закиси меди водородом и окисью углерода, содержащимися в пламени, вследствие чего в наплавленном металле возникают поры и трещины. Ядро пламени следует держать под углом 90° к поверхности листов, на расстоянии 3—6 мм от поверхности ванны. Сварку ведут быстро, без перерывов. Применяют однослойные швы, так как при многослойной сварке возможны трещины. Длинные швы сваривают участками, обратноступенчатым способом. При сварке в приспособлении должно быть обеспечено свободное перемещение кромок под воздействием тепловых деформаций. Преимущественно применяют стыковые и угловые соединения с внешним швом, избегают сварки внахлестку и втавр. Металл толщиной до 2 мм сваривают встык без присадки, подкладывая снизу асбест или графит для предупреждения протекания металла шва: при толщине свыше 3 мм применяют V-образный скос кромок с углом раскрытия 90° и притуплением не менее 1,5—2 мм (1/5 толщины листа); при толщине свыше 10мм применяют. Х-образную подготовку и сварку ведут одновременно с двух сторон в вертикальном положении двумя горелками. Перед сваркой трубопроводов, во избежание резких переходов, производят предварительно вытяжку труб или развальцовку патрубков.