Сварка меди и ее сплавов — технология, электроды, особенности

Сварка меди широко используется в различных областях человеческой деятельности. Именно благодаря этому технология осуществления соединения данного материала, как и других цветных металлов, постоянно совершенствуется.

Она обладает целым рядом свойств, делающих ее особенной на фоне других простых материалов. Давайте рассмотрим процесс работы более подробно.

Склонность к порообразованию

Медь и ее сплавы проявляют повышенную склонность к образованию пор в металле шва и околошовной зоне. Причиной образования пор является водород, водяные пары или образующийся углекислый газ при взаимодействии окиси углерода с закисью меди.

Высокие градиенты температуры способствуют развитию термической диффузии водорода в зоне термического влияния, что приводит к сегрегации водорода вблизи линии сплавления и увеличивает вероятность возникновения дефектов: пор, трещин. Растворимость водорода в меди зависит от содержания в ней кислорода и легирующих компонентов.

При сварке латуней причиной пористости может стать испарение Zn, температура кипения которого ниже температуры плавления Cu и составляет 907 °С. Испарение Zn уменьшает введение Мn или Si.

При сварке бронз выгорание легирующих примесей также может стать причиной появления пористости.

Введение

Медь активно применяется в промышленности, ювелирном деле и строительстве техники. Этот желтовато-красноватый металл знает каждый школьник и любой взрослый человек. Состыковка и пайка меди – это процессы, с которыми непременно сталкивается любой сварщик-профессионал или любитель.

Оригинальные ювелирные изделия делают из меди

Трудности во время сварки

Для качественного выполнения работ нужно точно выяснить, в чем заключается сложность при сварке меди. Выполнить процесс качественно мешают следующие особенности металла: 

• высокая теплопроводность, которая выше в 6 раз по сравнению с железом;
• большая текучесть, превышающая такую же характеристику устали в 2 раза;
• активное окисление, которое сопровождается образованием закиси меди;
• хорошая растворимость в другом расплавленном металле, что способствует появлению трещин;
• высокая способность поглощать водород и кислород, в результате которой шов становится пористым.

Провести качественные работы также мешает существенные коэффициент линейного расширения мидии. По сравнению со сталью он в 1,5 раза больше. Из-за него возникают напряжения и деформации.

Свариваемость меди и её сплавов

Необходимо понимать, что сварка меди и её сплавов требует знания некоторых особенностей материала и условий его свариваемости. Наличие примесей свинца, серы и фосфора негативно сказывается на качестве соединения, поскольку приводит к возникновению пор и трещин в теле шва.

Чтобы избежать отрицательных результатов окисляющего воздействия кислорода, часто используют сварочные автоматы, где сварка ведётся под слоем флюса. С целью устранения последствий температурных деформаций в зоне сварного соединения на производстве используют дорогостоящую сварку лазером, при которой негативное воздействие на шов практически исключается.

В бытовых условиях, прежде чем начинать сварку своими руками, необходимо выбрать метод работ, подготовить нужное оборудование и расходные материалы, а главное, уяснить какие факторы влияют на свариваемость меди и сплавов. По своим свойствам медь несколько отличается от стали, поэтому на качество сварочного процесса влияют несколько иные обстоятельства, а именно:

• высокое линейное расширение при нагреве, и сжатие при остывании приводит к деформации заготовок и возникновению трещин в зоне сплавления;
• окисная плёнка на поверхности материалов имеет большую температуру плавления, а при нагревании медь окисляется ещё более интенсивно;
• в зоне расплава происходит активное поглощение газов, что приводит к возникновению пор и неоднородностей при остывании;
• высокая теплопроводность требует более интенсивного нагрева, а поскольку тепло отводится быстро, то сформирование качественного шва требует навыка;
• резкие перепады температур при несоблюдении технологии работ, ведут к повышению зернистости и повышению хрупкости шва;
• высокая текучесть расплавленного материала требует применения подкладок и затрудняет формирование вертикальных и потолочных швов;
• с повышением температуры до 300−550оС пластичность меди, в отличие от стальных элементов, понижается, что необходимо учитывать при фиксации заготовок;
• сварка латунных деталей может привести к испарению цинка и образованию ядовитого оксида, поэтому работу необходимо проводить под вытяжкой или в хорошо проветриваемом помещении.

Добиться надлежащего качества сварки возможно с помощью технологических приёмов и использования методов работы, которые позволяют учесть особенности соединения медных деталей.

Важно знать, что соединение меди с углеродом может привести к возникновению взрывчатой смеси, поэтому сварочные работы необходимо производить покрытыми электродами с соответствующим флюсом или в среде защитных газов высокого качества очистки. 

Выбор параметров режима сварки

Плавящимся электродом в защитных газах эффективнее всего сваривать медь толщиной не менее 6-8 мм. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности.

Медь хорошо сваривается плавящимся электродом в аргоне, азоте, в смеси аргона с азотом и в гелии. Из-за высокой теплопроводности меди для получения надежного провара в начале сварки и хорошего сплавления кромок детали подогревают до 200-500°С. При сварке в аргоне подогрев необходим при толщине металла более 4,5 мм, а в азоте — более 8 мм

Одним из важнейших параметров режима сварки меди плавящимся электродом является длина дуги. Шов качественно формируется при длине дуги 4-5 мм.

Стыковые соединения сваривают на подкладных элементах. Импульсно-дуговая сварка (ИДС) в аргоне дает возможность выполнять вертикальные и потолочные швы, позволяет сваривать тонкий металл. При сварке в азоте процесс идет с короткими замыканиями (КЗ) с повышенным разбрызгиванием или крупнокапельным переносом (КР)

Технология для сварки меди

В случае работы с данным элементом используются специальные медные электроды. Они обладают особыми свойствами, делающими их наиболее эффективными в формировании швов с помощью различных методов.

Технология сварки меди развивалась и совершенствовалась во всех направлениях сварки – это и аргонодуговая сварочная техника, и контактная, и т.д. Давайте рассмотрим каждое из них подробнее.

Ручная сварка

Данный метод, пожалуй, относится к самым распространенным. Именно он наиболее широко используется в быту. Осуществляться соединение может полуавтоматом и автоматом.

Электроды для сварки меди также могут быть нескольких типов: металлические, угольные. В то же время стержень электродов должен изготавливаться из меди или сплава на его основе – бронзы.

Газовая

Газовая сварка меди.

Дуговая сварка меди также применяется достаточно широко. Соединение осуществляется на постоянном токе прямой полярности. В качестве основы стержня используется вольфрам, а вот присадка делается уже из купрума или из сплавов на его основе.

После формирования соединения указанным методом обычно проводится проковка. Это существенно повышает качество и надежность стыка.

В случае же соединения газовой горелкой применяется смесь ацетилена и кислорода. Это позволяет достичь высокой температуры горения. В результате сварочная ванна поддерживается в оптимальных размерах.

В случае необходимости соединения детали толщиной более десяти миллиметров, применяют не одну горелку, а две. Вторая необходима в целях осуществления прогрева изделия.

В двухсторонней сварке во второй горелке нет необходимости, так как прогрев таком варианте не нужен.

Контактная

Подобный вариант широко распространен в соединении труб. Следует отметить, в этом случае соединению подвергается не сама медь, а ее сплавы.

Технология контактной сварки меди.

Особенностью применения подобной технологии являются электроды для меди, сделанные из металлов с высокой температурой плавления.

Это необходимо для того, чтобы теплоотвод от места контакта был минимальным. Стоит отметить также низкие литейные характеристики купрума. В результате его соединение осуществляется только с применением специальных присадок, способствующих получению прочного и надежного стыка.

Что касается работы со сплавами на основе данного материала, то тут дела обстоят также. Высокая теплопроводность приводит к затруднению нагрева изделия до необходимой температуры.

Кроме того, для формирования качественного стыка основной материал и сплавы на его основе механически чистят, а затем травят в кислотах с целью получения чистой поверхности.

Дуговая сварка в защитных газах

Ручную, полуавтоматическую и автоматическую сварку Cu и ее сплавов можно производить плавящимся и неплавящимся электродом. Наиболее часто применяют сварку вольфрамовым электродом с подачей присадочного металла в виде проволоки непосредственно в зону дуги, узкой профилированной про-ставки, закладываемой в стык, или с применением технологического бурта на одной из стыкуемых деталей. Реже применяется сварка плавящимся электродом.

В качестве защитных газов используют азот особой чистоты по МРТУ 6-02-375—66, аргон сорта высший по ГОСТ 10157—79, гелий высшей категории качества марок А и Б по ТУ 51-940—80, а также их смеси в соотношении по объему 50—75 % аргона.

При сварке в среде аргона плавящимся электродом процесс неустойчив, с трудом устанавливается стабильный струйный перенос металла в сварочной дуге. При сварке в среде азота эффективный и термический КПД дугового разряда выше, чем для аргона и гелия. Глубина проплавления получается выше, но устойчивость дугового разряда в азоте ниже, чем в аргоне и гелии. Несмотря на высокую чистоту защитных газов, медь при сварке подвергается окислению и может возникать пористость, что определяет необходимость применения легированных присадочных и электродных проволок.

Сварку меди неплавящимся электродом осуществляют на постоянном токе прямой полярности. При сварке электрод располагают строго в плоскости стыка, наклон электрода 60—80° «углом назад». При сварке Сu толщиной более 4—5 мм рекомендуется подогрев до 300—400 °С.

Присадочные проволоки из чистой меди Ml, М0 при сварке обеспечивают получение металла шва, по составу и физическим свойствам близкого к основному металлу, однако механические свойства сварного соединения понижены, наличие пористости уменьшает плотность металла шва. При введении в состав присадочных проволок раскислителей и легирующих компонентов механические свойства возрастают, но, как правило, снижается тепло- и электропроводность металла шва, что в ряде случаев недопустимо. В таких случаях рекомендуются присадочные проволоки, легированные сильными раскислителями в микроколичествах, которые после сварки не остаются в составе твердых растворов, а переходят в свои соединения и образуют  высокодисперсные шлаковые включения и поэтому не влияют на физические свойства металлов.

Составы присадочных проволок приведены в табл. 27.5. Применение присадочных проволок для сварки чистой меди, приведенных в табл. 27.5, позволяет получить металл шва с физическими и механическими свойствами на уровне основного металла Ml, коррозионная стойкость сварных соединений такая же, как и у основного металла.

Бронзы

Бронзы — сплавы меди с алюминием. Их обозначают двумя буквами «Бр» начальными буквами русских названий легирующих элементов и рядом чисел, указывающих содержание этих элементов в %.

Так, марка БрАЖМц 10-3-1,5 означает, что бронза содержит 10% алюминия, 3% железа, 1,5% марганца. В конце некоторых марок литейных бронз ставится буква «Л».

Ориентировочные режимы сварки бронз Бр.АМц 9-2, Бр.АЖМц 9-5-2 и латуни ЛМНЖ 55-3-1 в аргоне в нижнем положении (постоянный ток, обратная полярность, проволока Бр. АМц 9-2)

Вид соединения	Размер, мм		Процесс сварки	Сварочный ток, А	Напряжение на дуге, В	Скорость сварки м/ч	Диаметр электрода, мм	Вылет электрода, мм	Расход газа, л/мин
	S	b
	0+1	ИДС КЗ	150-190 160-190	23-26 22-25	20-25 20-25	1-1,5 1-1,5	10-16 10-16	8-10 9-11
	4-5	0+1,5	ИДС КЗ	140-220 160-220	23-26 22-26	20-22 20-22	1-1,5 1-1,5	10-16 10-16	10-12 10-12
	8-10	0+1,5 0+2	СТР СТР	300-400 375-450	29-33 31-36	25-32 30-35	2-4 2-4	20-35 20-35	12-16 14-16
	14-16	0+2	СТР	400-650	33-38	20-25	2-5	20-40	16-20
	24-26	0+2	СТР	400-800	33-42	18-30	2-5	20-40	16-20

Трудность сваривания бронз объясняется их повышенной жидкотекучестью. При сварке бронз возникают трудности, вызванные образованием окиси алюминия, поэтому способ и технологию сварки выбирают такими, как и при сварке алюминия, а режимы — характерные для медных сплавов.

Заключение

Сваривание меди – это технологически сложный процесс, требующий от человека хорошего понимания физико-химических особенностей меди и умения пользоваться специальными инструментами.

Особенности сварки медных деталей

Для сварки меди используют ряд вполне эффективных методов, которые позволяют с помощью технологических решений добиться высокого качества шва практически без потери физико-химических свойств материала. В промышленных масштабах эти работы осуществляют с помощью лазерной сварки или с применением сварочных автоматов.

Для бытового применения есть более простые методы. Например, сплавление электрических медных проводов или сварку нихрома с медью производят с помощью простого преобразователя напряжения. Он представляет собой обычный понижающий трансформатор, на вторичной обмотке которого переменное напряжение около 20 В, а сварку осуществляют угольным электродом.

Конечно, листовые детали или заготовки значительной толщины таким образом сваривать нельзя и для них подбираются особые температурные режимы и электроды или проволока, подходящие по составу. Медные заготовки толщиной более 8 мм перед сваркой подогревают до температуры 200−300оС, бронзовые до 500−600оС и латунные до 350оС при толщине более 12 мм. При толщине заготовок более 5 мм требуется разделка кромок под углом 60о−70о, а в процессе работы использовать подкладки с изнанки шва для устранения эффекта текучести расплава. Особое внимание следует уделять механической очистке деталей от окисного слоя и обезжириванию.

Сварка меди и сплавов производится инверторными аппаратами и самым важным является защита сварочной ванночки от воздействия агрессивного кислорода. Это достигается с помощью электродов или проволоки с эффектом раскисления, а так же за счёт воздействия инертного газа. Для сварки используются следующие методы:

• сварка плавящимися электродами ММА постоянным током обратной полярности электродами К100 и Комсомолец;
• сварка вольфрамовыми электродами в инертных газах TIG с ручной подачей проволоки из меди или бронзы в зону плавления;
• полуавтоматическая сварка в защитном газе методом MIG с регулируемой подачей соответствующей проволоки в сварочную ванночку.

Важно помнить, что материал электродов и проволоки должен по составу быть как можно ближе к свариваемым деталям, поскольку это улучшает прочностные свойства шва и сохраняет физические свойства меди или сплава.

При правильно выбранных компонентах, режимах работы и способах разделки кромок, сварочный шов по прочности не уступает основному материалу, а использование импульсного тока при сварке заготовок небольшой толщины позволяет избежать перегрева меди и сплавов. Длину дуги необходимо поддерживать в пределах 3−4 мм и использовать подкладки, чтобы обеспечить правильное формирование шва без потери качества.

Электрошлаковая сварка меди и ее сплавов

Применяется для Сu больших толщин 30—55 мм. Легирование шва осуществляют, применяя пластинчатые электроды соответствующего состава. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления меди, применяются легкоплавкие флюсы системы NaF—LiF—CaF2, которые обеспечивают устойчивый процесс, подогрев и плавление кромок на требуемую глубину, хорошее формирование шва и легкое удаление шлаковой корки. Особенностью режимов электрошлаковой сварки меди являются повышенные сварочные токи: I = 800÷1000 А, Uд =  40÷50 В, скорость подачи пластинчатого электрода 12— 15 м/ч. Механические свойства металла шва мало отличаются от свойств основного металла: σв=190÷197 МПа, δ=46÷47%, KCU= 1559÷1579 кДж/м2, α=180°.

Точечная контактная сварка

Одним из видов контактной сварки меди является точечное соединение деталей. Во время использования данного метода металл нагревается до температуры, при которой он начинает плавиться, с помощью тепла, образующегося при прохождении большого электротока в конкретной точке соединения изделий. Во время процесса и спустя некоторое время после его завершения также выполняется сжатие 2-х свариваемых деталей. Это позволяет металлу изделий сплавиться.

Точечная сварка меди отличается следующими нюансами: 

• Малым временем проведения работ. Процесс может длиться десятые доли секунды.
• Большим сварочным током. Его величина превышает 1000 А.
• Небольшим напряжением. Обычно она имеет значение от 2 до 3 В.
• Существенным усилиям, которое создается в месте точечной сварки. Она может достигать несколько сотен килограмм.
• Минимальной зоной расплавления металла.

Точечная сварка чаще всего используется для соединения медных листов внахлест. Очень редко ее применяют для материалов в виде стержней. Обычно толщина свариваемой меди колеблется в диапазоне от 0,1 до 6 мм.

Во время точечной сварки не нужно использовать электроды, присадочные прутки флюсы и другие материалы. При этом работы выполняются достаточно быстро и удобно. В результате их осуществления получаются аккуратные соединения. Процесс всегда проводится при использовании специального сварочного автомата для сварки меди, отличающегося высокой производительностью.

Сварка меди дома

В домашних условиях соединять медь приходится во время монтажа система отопления и водопровода. Для проведения этого процесса можно использовать газовый или аргонодуговой метод. Однако нужно знать, что сварка меди в домашних условиях выполняется гораздо труднее, чем ее пайка. Это утверждение особенно актуально, если речь идёт о трубах с тонкими стенками. Для осуществления такой работы рекомендуется заранее подготовить: 

• переносной сварочный пост для пайки медных труб;
• припой;
• флюс;
• щетки;
• медные фитинги;
• абразивную бумагу.

Пост для пайки медных труб применяется при выполнении высокотемпературных соединений. Для осуществления этого процесса приходится создавать температуру, минимальное значение которой составляет 450 градусов. Благодаря этому получаются прочные соединения. Однако во время процесса происходит выжигание меди.

Высокотемпературная пайка всегда выбирается, когда нужно выполнить монтаж отопления. В то же время для устройства водопроводных систем с холодной водой можно использовать низкотемпературный способ соединения труб. Этот же метод пайки применяется, если монтируются медные трубы диаметром до 40 мм.

Сам процесс пайки меди в домашних условиях проводится в следующей последовательности: 

• отрезается труба нужной длины;
• с помощью гратоснимателя защищается место пайки;
• наносится флюс;
• выполняется нагрев место соединения;
• наносится припой;
• вытираются излишки флюса.

С процессом пайки медных трубопроводов сможет справиться человек без опыта. Особенно если у неё под рукой будет весь необходимый инструмент. Он сегодня доступен по демократичной цене от разных производителей. Поэтому выполнить нужные работы дома сможет практически каждый человек.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...