Особенности сварки меди и ее сплавов

Сварка меди затруднена в связи с ее высокой теплопроводностью (более чем в 5 раз выше, чем у железа), что требует более мощного концентрированного нагрева. При этом значительная величина коэффициента теплового расширения (в 1,5 раза выше, чем у стали) и величина усадки при затвердевании (в 2 раза больше, чем у стали) приводят к существенным тепловым деформациям и напряжениям. Поэтому при сварке для предотвращения образования трещин часто возникает необходимость в предварительном и сопутствующем подогреве металла толщиной свыше 10… 15 мм до температуры 250…300 °С. Кроме того, следует избегать жестких узлов и жесткого закрепления свариваемых элементов.

Кроме затруднений, характерных для сварки меди, проблемой сварки латуней является значительная потеря цинка вследствие его испарения, усиливающегося при растворении в жидком металле водорода. Испарение цинка связано с низкой температурой его кипения (Г/^п = 906 °C, Тм '^п = 420 °С). Испаряясь, цинк активно окисляется и образует в атмосфере тугоплавкий пылевидный оксид цинка ZnO. Потери цинка при дуговой сварке достигают 40%. Испарение его может привести к пористости металла шва и снижению его прочности. При сварке латуней необходимо иметь в виду, что выделяющиеся пары цинка и его оксид ядовиты, поэтому при сварке требуется хорошая вентиляция. Уменьшить испарение цинка удается предварительным подогревом металла до температуры 200…300 °С и увеличением скорости сварки, а также легированием металла шва кремнием и применением сварки пульсирующей дугой.

Медь и ее сплавы вследствие высокой активности в жидком состоянии по отношению к кислороду, способности растворять большое количество водорода имеют повышенную склонность к порообразованию. Сварные швы могут содержать много пор, образовавшихся вследствие выделения газов из металла в процессе его охлаждения и кристаллизации. Относительно низкая температура плавления и высокая теплопроводность меди значительно ускоряют процесс охлаждения и кристаллизации металла при сварке, что ухудшает условия для выделения растворенных газов из сварочной ванны. Оставшиеся в металле газы создают или поры, или пересыщенные растворы в металле, что может привести к появлению трещин, обусловленных пониженной прочностью меди при высоких температурах.

Устранение пористости в сварных швах достигается путем предварительного подогрева свариваемых изделий, уменьшения скорости сварки, рационального выбора защитного газа. Кроме того, требуется особенно тщательная подготовка поверхности, так как медь по сравнению с другими металлами обладает высокой адсорбционной способностью. Для снижения концентрации водорода в зоне сварки предварительно осуществляют прокалку флюсов и электродов, применяют осушенные газы и более чистые по примесям основные и присадочные материалы, а также тщательно очищают и осушивают свариваемые кромки перед сваркой. Для снижения концентрации кислорода осуществляют раскисление металла активными раскислителями: фосфором (содержание его не должно превышать 0,3%, так как он также образует легкоплавкие эвтектики), марганцем и кремнием (с общим содержанием.

1. .3%).

Возможность образования горячих трещин в сварных швах меди и ее сплавов связана с наличием жидких прослоек между крупными кристаллитами и возникновением растягивающих напряжений, обусловленных высоким значением коэффициента теплового расширения и большой величиной усадки при затвердевании. Образованию горячих трещин в швах способствует висмут, свинец, сера и другие элементы, оксиды которых дают эвтектики, располагающиеся по границам зерен. Удовлетворительное качество сварных соединений можно получить, ограничивая содержание висмута до 0,002%, свинца до 0,005% и кислорода до 0,01%. Образованию горячих трещин в швах способствует также их крупнокристаллическая структура, которая наблюдается при сварке меди и се сплавов. Поэтому для измельчения зерна металл каждого прохода при многослойной сварке проковывают при температурах.

600. .800 °С. Проковку швов нельзя осуществлять в интервале температур 250…550 °С, так как при этих температурах уменьшается пластичность меди, одновременно снижается се прочность.

Сварка меди и ее сплавов в различных просгрансгвенных положениях вызывает особые трудности, обусловленные высокой теплопроводностью и жидкотекуччестью меди (в 2…2,5 раза выше, чем у сталей). Поэтому чаще всего сварку ведут в нижнем положении. Чтобы сформировать корень шва без дефектов, используют подкладки (медные водоохлаждасмыс, графитовые, асбестовые, флюсовые подушки).