Трудности при сварке меди

6.7.3. Cварка меди

Медь широко применяется при изготовлении сосудов, трубопроводов, химической аппаратуры и т. д. Многообразие использования меди связано с ее особыми физическими свойствами.

Медь обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, устойчива к коррозии. Температура плавления меди 1083°С, температура кипения 2360°С.

Трудности сварки меди обусловлены ее физико-химическими свойствами:

  • медь склонна к окислению с образованием тугоплавких оксидов. Склонность к окислению вызывает необходимость применения при сварке специальных флюсов, защищающих металл от окисления;
  • обладает высокой теплопроводностью; это требует применения более мощного пламени, чем при сварке стали;
  • значительный коэффициент линейного расширения при нагревании;
  • свариваемость меди зависит от ее чистоты, особенно ухудшает свариваемость меди наличие в ней Pb, S, O2;
  • водород и оксид углерода также отрицательно сказываются на сварке меди. В результате их взаимодействия с оксидом меди образуются пары воды и углекислый газ, которые образуют поры в сварном шве.

Сварку меди толщиной до 3 мм выполняют без разделки кромок, а при толщине свыше 3 мм требуется Х-образная разделка кромок под углом 45° в каждой стороне стыка. Притупление делается равным 0,2 от толщины свариваемого металла. В связи с повышенной жидкотекучестью меди в расплавленном состоянии тонкие листы сваривают встык без зазора, а листы свыше 6 мм сваривают на подкладках. При больших толщинах рекомендуется сварка двумя горелками – одной ведется подогрев, а другой – сварка.

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 и направлять его следует под большим, чем при сварке стали, углом. сварка проводится рабочей зоной, расстояние от конца ядра до свариваемого металла 3-6 мм. в процессе сварки нагретый металл должен быть все время защищен пламенем. Наиболее предпочтительный правый способ сварки. сварка ведется с максимальной скоростью, без перерывов.

При сварке меди рекомендуется свариваемые изделия устанавливать под углом 10° к горизонтальной плоскости. Угол наклона мундштука горелки к свариваемому изделию составляет 40-50°, а присадочной проволоки 30-40°. При выполнении вертикальных швов угол наклона мундштука горелки составляет 30° и сварка ведется снизу вверх. При сварке меди не рекомендуется скреплять детали прихватками. Длинные швы сваривают в свободном состоянии обратноступенчатым способом. Газовую сварку меди выполняют за один проход.

Читайте также:  Принцип работы ультразвуковых ванн

Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и берут равным 0,5-0,75 S, где S- толщина металла, мм, но не более 8 мм. сварочная проволока должна плавиться спокойно, без разбрызгивания.

Для предохранения меди от окисления сварку осуществляют с флюсом. Флюсы изготавливают из оксидов и солей бора и натрия. Флюсы применяют в виде порошка, пасты. Порошкообразный флюс насыпают на место сварки на 40-50 мм по обе стороны от оси шва. Флюс в виде пасты наносят на кромки свариваемого металла и на присадочный пруток. Остатки флюса удаляют промывкой шва 2%-ным раствором азотной или серной кислоты.

Для улучшения механических свойств наплавленного металла и повышения плотности и пластичности после сварки металл шва рекомендуется проковывать.

Расплавление меди происходит при диапазоне температур – 1080-1830 градуса Цельсия. При интервале температур от 300 до 500 градусов Цельсия медь становиться горячеломкой. При жидком состоянии медь может растворять кислород и водород и это делает сварку меди более трудной. Сварка меди считается сложной из-за ее высокой теплопроводности, которая в шесть-семь раз превышает тепловую проводимость стали и ее сплавов. В расплавленном состоянии медь очень жидкотекучая.

Если сварка меди проводится дуговой сваркой, то величина тока должна быть очень высокой. Из-за высокой жидкотекучести, которая есть у меди, кромки этого металла и его сплавов необходимо соединять очень плотно, без зазоров. При раскрытие кромок их угол должен быть 90 градусов. Если медь имеет толщину больше шести миллиметров, то ее сварку проводят после предварительного подогрева. Медные листы от одного до трех миллиметров сваривают с отбортовкой кромок, без применения присадочного металла.

Тонкие листы, которые меньше шести миллиметров, после соединительной сварки необходимо проковать в холодном состоянии, а более толстые – при температуре, не ниже 200-300 градусов Цельсия. Проковываются металлические швы и переходная зона. После проковки, чтобы швы на металлы были пластичными и вязкими, металл обжигают до температуры от 550 до 660 градусов, и быстро охлаждают в воде, для придания зоне около швов мелкозернистого строения. Если проводить проковку металла при температуре выше 300 градусов Цельсия, то могут возникнуть трещины, так как медь становится очень хрупкой.

Читайте также:  Открывашки для стеклянных банок

Проводят такую сварку дугой длинной до 10-15 мм, на постоянных показателях тока, прямой полярности и напряжении 40-55В, металлическим или угольным электродом, с применением порошковых (флюсовых) покрытий. Чтобы не произошло окисления меди, сварка проводится быстро, без перерыва и остановок, со скоростью, не меньше чем 0,25 м/мин. Присадочный пруток должен быть помещен между концами электродов и расплавленной ванной основного металла, не погруженной в ванну. Электрод располагают под углом 70-80 градусов, а присадочный прут – 39 градусов по отношению к листам, которые сваривают. Проволока, которая плавится, в виде капель поступает в сварочную ванну. Также медь сваривают и при помощи вольфрамового электрода в защитной среде азота. При газовой сварке меди, толщиной до 10 мм, ее сваривают пламенем, мощность которого составляет 150 дм3/ч ацетилена на один миллиметр толщины пламени.

Необходимость сварки меди возникает из-за массового употребления меди для изготовления конструкций разного назначения: трубопроводов, электрических приборов, химической аппаратуры и т. д. Широкое использование меди обусловлено ее особенными физическими свойствами. Медь имеет высокую электропроводность. Теплопроводность меди в 6 раз выше чем у железа. Температура перехода в жидкое состояние — 1083° C.

Медь относиться к группе трудносвариваемых материалов, поэтому требует высокой квалификации сварщика и соблюдения технологии сварки.

Трудности при сварке меди

  • из-за высокой тепловодности меди, в шесть раз большей, чем теплопроводность железа, сварка соединений с несимметричным теплоотводом является сложной задачей;
  • сварка потолочных и вертикальных швов затруднена из-за повышенной теплотекучести, которая у меди в 2-2,5 раза выше, чем у стали;
  • в результате интенсивного окисления образуется закись меди (Cu2O), которая хорошо растворяется в расплавленном металле, что приводит к появлению трещин;
  • поскольку медь обладает способностью активно поглощать водород и кислород, при расплавлении шов нередко становится пористым, и образуются горячие трещины.

Подготовка меди к сварке

Для разделки меди и сплавов на мерные заготовки могут использоваться шлифовальная машинка или труборез. Детали могут также формироваться на фрезерном или токарном станке, либо методом плазменно-дуговой резки.

Кромки для сварки формируются механическим способом. Для меди, имеющей толщину от 6 до 18 мм, рекомендованы Х- и V-образные разделки.

Читайте также:  Параллельный усилитель агеева на современной элементной базе

Перед началом сварочных работ сами детали и присадочную проволоку необходимо до металлического блеска очистить от окислов и всяческих загрязнений, а также обезжирить.

Для механической зачистки кромок используются наждачная бумага, металлические щетки и другие подобные приспособления. Не рекомендовано использовать абразивный камень и наждачную бумагу с крупным зерном.

Можно выполнять очистку методом травления в растворе, включающем:

  • HNO2 – 75 куб. см/л;
  • H2SO4 – 100 куб. см/л;
  • HCl – 1 куб. см/л.

После этой процедуры детали необходимо тщательно промыть в воде и щелочи, а также высушить горячим воздухом.
При сварке меди крайне важно защитить сварочную ванну от кислорода, что возможно путем раскисления фосфором, серебром или алюминием. Стоит применять электродную проволоку, легированную названными раскислителями.

Конструкции, толщина стенки которых составляет 10-15 мм, чаще всего предварительно подогреваются газовым пламенем или рассредоточенной дугой, но возможны и другие способы.

Стыки под сварку собираются в специальных приспособлениях или при помощи прихваток минимального сечения. Важно соблюдать одинаковый на всем протяжении заготовки зазор.

Перед использованием поверхность прихваток тщательно очищается и осматривается с тем, чтобы убрать те из них, на которых имеются горячие трещины. Для сварки в нижнем положении выбираются графитовые подкладки. Можно также использовать медные пластины, которые охлаждаются водой.

Ручная дуговая сварка меди покрытыми электродами

Метод ручной дуговой сварки меди используют для сварки деталей толщиной более 2 мм. Покрытые электроды для сварки меди выпускают диаметром 3-6 мм. Пруток электрода изготавливают из меди или бронзы. Покрытие электродов — фтористо-кальциевое. Ручная дуговая сварка меди ведется на постоянном токе обратной полярности. Сварку выполняют в нижнем положении. Сварочный ток рассчитывают по соотношению 50-60 А на 1 мм диаметра электрода. Детали перед сваркой подогревают к 300-400° C. Сварка толстостенных конструкций из меди более 16 мм выполняет с сопутствующим подогревом до 300-400° C.

Сварку выполняют короткой дугой без колебательных движений концом электрода. После сварки шов проковывают и быстро охлаждают в воде.

Оставьте ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *