Сварка меди и сплавов на ее основе

Медь – первый металл, который человек начал использовать. Содержание меди в земной коре 0,01%. Основные теплофизические свойства меди приведены в таблице 1.

Медь и ее сплавы широко применяются во многих областях и в настоящее время из-за ценных технических и технологических свойств. К недостаткам следует отнести ее сравнительно высокую плотность, а также склонность к окислению при повышении температурах, коррозионному растрескиванию и «водородной болезни». При изготовлении изделий (конструкций) из меди и ее сплавов применяют различные виды сварочных процессов.

Особенности сварки:

В первую очередь высокая теплопроводность, которая больше чем у алюминия в 1.7 раза, низкоуглеродистой и низколегированной стали в 6 раз и нержавеющей стали в 10 раз;

Существует провал прочностных и пластических характеристик в интервале температур от 250⁰ … 550⁰С;

Обладают высокой жидкотекучестью, которая больше чем у стали в 2 раза. Высокая растворимость кислорода в жидкой и твердой фазе. Последнее сильно влияет на образование тугоплавкой эвтектики Cu + Cu₂O с температурой плавления 1064⁰С. Эвтектика образуется по границам зерен, которые разрушаются. Это явление называется «водородной болезнью» (боязнью). Возможны следующие взаимодействия:

Cu₂O + H₂ = 2Cu + H₂O пар

Cu₂O + CO = 2Cu + CO₂ газ

Образовавшийся пар (газ) скапливается по границам зерен (эвтектика) и создает значительные давления, приводящие к образованию многочисленных трещин. Для предотвращения трещинообразования в шве сварочную ванну эффективно раскислять фосфором до 0,3%:

5 Cu₂O + 2 P = 10 Cu + P₂O₅ ↑

Содержание кислорода в основном металле не должно превышать 0,01%.

Дополнительно в процессе сварки вводят в сварочную ванну кремний, титан, алюминий, марганец и т.п. как раскислители и одновременно как модификаторы.

В данной работе рассматриваются виды сварки, которые нашли применение на судостроительных и – ремонтных предприятиях.

Сварка меди.

Сварке подлежит глубокораскисленная (Мр) или бескислородная (Мб) медь.

Газовая сварка строго нейтральным пламенем (β = 1,1), присадочная проволока диаметром 0,8÷8,0 мм, флюс на основе буры (Na₂B₄O₇), соединение формируется графитовыми подкладками.

Присадка МСр (Ag ~ 1,0 %) обеспечивает электро – и теплопроводность соединения.

Сварка штучным электродом типа «Комсомолец…», АНЦ/ОЗМ – 3, ОЗБ – 3. постоянный ток, обратная полярность.

Сварка в среде защитных газов Ar, Не и N₂ неплавящимся электродом. Медь нейтральна к азоту – сварочную ванну и прилегающие участки защищают азотом, а вольфрамовый электрод инертным газом, что резко сокращает расход дорогостоящего инертного газа. Постоянный ток, прямая полярность.

Возможна сварка плавящимся электродом в среде инертных газов и под слоем флюса. Флюс ОСЦ – 45; АН - 348А и ограниченное применение ФЦ- 10.

При сварке плавлением необходимо предварительно подогреть до температуры ~ 450⁰С как медь, так и ее сплавы.

Сварка бронзы

Значительную сложность вызывает сварка оловянистых и свинцовистых бронз из – за выгорания легкоплавких элементов при дуговых процессах.

Газовая сварка аналогична сварке меди, но с подбором соответствующего присадочного металла.

Сварка штучным электродом применяется для исправления в основном браков литья. Отдельные марки электродов приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Рекомендуемые марки электродов и свариваемые сплавы.

Марки электродов	Тип наплавленного металла
Бр-3 /ЛИИВТ	БрОФ (БрАЖМц)
МН-5	БрАМц и МЖКТ
ОЗБ-2М	БрОФ
АКМц/ЛКЗ-АБ	БрАНМц
МНЖ-5-1	МНЖ-5-1

 

Сварка в среде инертных газов неплавящимся электродом с присадочными проволоками БрОЦ4-3, БрОФ, 5-0, 15, БрКМц 3-1,БрАМц9-2 и типа МЖКТ дает хорошее качество соединениям.

Сварка неплавящимся электродом в среде инертного газа бронз типа БрОЦ 4-3 сопровождается значительным разбрызгиванием и, возможна под слоем флюса ОСЦ-45 и АН-348А. сварочная проволока указана ранее. Качество удовлетворительное. Высоким качеством обладает плазменные процессы.

Сварка латуни

Сварка латуни осложняется выгоранием цинка (температуры плавления 419⁰С и кипения 906⁰С), окись цинка ядовита и дает белый налет на соединении.

Газовая сварка окислительным пламенем (β = 1,2 … 1,4). Пламя создает плотную окисную пленку на сварочной ванне и предотвращается дальнейшее выгорание цинка. Присадочная проволока Л62 и т.п.

Дуговые способы имеют ограниченное применение. Штучные электроды марки: МН-5; ЛК-80-3- дефекты литья. Возможен способ сварки под слоем флюса ОСЦ- 45, АН -348А; ФЦ -10 и предпочтительно использовать проволоку БрКМц3-1.

Порядок проведения работы

Студенты уясняют влияние тепло – физических свойств цветных металлов на технологию сварки. Устанавливают возможность применения различных видов сварки для данного металла и сплавов на его основе.

Фиксируют особенности технологи сварки для различных металлов и сплавов.

В процессе проведения работы студенты должны:

- получить четкое представление о металлургическом и электрическом методах очистки сварочной ванны;

- оценить устойчивость горения сварочной дуги при различных видах сварки качество формирования металла. Любая оценка производится визуально: хорошо, удовлетворительно, неудовлетворительно.

Оценка соединения производится по следующим технологическим

вариантами сварки:

- ручная дуговая сварка штучным электродом. Производится наплавка валика на пластину толщиной не менее 8,0 мм: алюминиевая пластина, электрод марки ОЗА -2, длина валика не менее 50 мм; медная пластина, электрод марки «Комсомолец -100». Режимы сварки соответствуют рекомендуемым для данной марки электрода и его диаметра. Источник питания постоянного тока с круто падающей внешней характеристикой (типа ВД-301, ВДУ -500, ПСО – 500 и т.п.).

- сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде инертного газа (ТИГ). Сварки подвергаются пластины толщиной от 2,0 до 5,0 мм длина соединения около 100 мм. Материал пластин: алюминий (АМг1), медь (М2), бронза (БрКМц3-1), латунь (Л62) и нержавеющая сталь (Сталь 08Х18Н9Т).

Сварка в аргоне с использованием вольфрамового электрода диаметром 3,0 мм и сила сварочного тока приведена в табл.2, наплавленный металл соответствует основному.

Сварка постоянным током проводится с использованием ранее указанных источников питания сварочной дуги.

Сварка переменным током ведется с использованием специализированных источников питания сварочной дуги (типа ИПК -350, УДАР -500, УДГ-501 и т.п.). Они обеспечивают устойчивое горение дуги и применяются для сварки алюминия и его сплавов.

Результаты экспериментов сводятся в таблицу 4.

Полученным результатам делается заключение о возможности применения вида сварки и рода тока для данных материалов.

 

Таблица 4.

 

Оценка качества свариваемости металлов различными видами сварки

 

Вид сварки и род тока	Свариваемый металл
Алюминий АМг 1	Медь М2	Бронза БрКМц3-1	Латунь Л62	Нержавеющая сталь Сталь 08Х18Н9Т
РДС = + штучным электродом
= +   ТИГ = -   ~

 

 

Оценка – хорошо, удовлетворительно, неудовлетворительно.

 

Числитель – устойчивость горения дуги

Знаменатель – качество формирования наплавленного металла.

 

Содержание отчета

Выполненная работа должна быть оформлена в виде отчета, который должен содержать:

- краткие теоретические и справочно – информационные материалы по цветным металлам;

- перечень оборудования, используемого в конкретной работе;

- заполнены таблицы 2 и 4 по зафиксированным режимам и визуальной оценки качества сварки образцов;

- по результатам экспериментов сделать вывод о возможности и целесообразности применения различных видов сварки для различных металлов и сплавов.

5. Контрольные вопросы

1. Какие тепло физические свойства металлов затрудняют сварку?

2. Какие металлургические процессы влияют на свариваемость цветных металлов?

3. Какие виды сварки дают высокое качество сварного соединения?

4. Какие требования предъявляются к свариваемым металлам?

5. Что такое “катодная” зачистка сварочной ванны?

6. Что такое “водородная” болезнь?

7. Какие виды сварки и для каких металлов и сплавов находят широкое применение?

8. Особенности сварки алюминия и его сплавов.

9. Особенности сварки чистой меди.

10.Особенности сварки бронзы.

11.Особенности сварки латуни.

Литература

1.Бельчук Г.А., Гатовский К.М., Кох Б.А. Сварка судовых конструкций – Л.:Судостроение. - 1980. – 448 с.

2. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под редакцией Патона Б.Е. – М.: Машиностроение. - 1974. - 768 с.

3. Справочник по сварке цветных металлов. Под редакцией Гуревича С.М. Киев.:Наукова Думка. - 1981. - 608 с.

 

ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА

1. Цель и содержание работы

 

Цель работы: ознакомиться с основами электрошлаковой сварки и произвести сварку детали из низкоуглеродистой стали.

Содержание работы: теоретически изучить и определить область применения электрошлаковой сварки. Практически ознакомится с различными видами формирующих устройств и установить требования, предъявляемые к сварочному оборудованию и сварочным материалам.

Основные сведения

Источник тепла при электрошлаковой сварке это расплавленный флюс. Так, проходя через расплавленный электропроводный флюс, выделяет тепло, которое можно определить из выражения:

 

Где Iсв- сила тока и Rшл– сопротивление шлаковой ванны.

Электрошлаковый процесс сварки является бездуговым видом сварки плавления, но режимы сварки аналогично дуговым процессам.