06.03.2023

Группа 512

Предмет: Техника и технология ручной дуговой сварки( плавки, резки) неплавящимся электродом в защитном газе 

Тема: Окопные группы и марки материалов свариваемых частично механизированной сваркой (наплавкой) плавлением.

Тема урока: Характеристика меди и ее сплавов. Особенности технологии сварки (наплавки)

Цель урока: изучить данную тему, составить конспект урока. 

Технология сварки меди и ее сплавов

Температура плавления меди 1083°С

Марка	Свариваемость	Технологические особенности сварки
Медь катодная		Электродная проволока Бр.КМц 3-1; МНЖКТ-5-1 -0,2-0,2; Бр.ОЦ 4-3; Бр.ОЦ 4-3; БР.Х 0,7 При толщине более 8-10 мм необходим предварительный подогрев до 200-300°С
М00к, М0к, М1к	Хорошая
Медь раскисленная
Mlp, М2р, МЗр	Хорошая
Медь рафинированная
М2, М3	Хорошая
Бронзы оловянные литейные		Электродная проволока той же марки, что и основной металл При толщине более 10-15 мм необходим предварительный подогрев до 500-600°С Защитные газы Ar, Не, N2
Бр03Ц12С5, Бр05Ц5С5, Бр08Ц4, Бр010Ф1, Бр010Ц2	Удовлетворительная
Бр03Ц7С5Н1, Бр04Ц7С5, Бр010С10	Плохая
Бронзы безоловянистые литейные
БрА9Ж3Л	Хорошая
БрА9Мц2Л, БрА10ЖЗМц2, БрА11Ж6Н6, БрА7Мц15Ж3Н2ц2	Удовлетворительная
Бронзы деформируемые
Бр0ф7-0,2, БрХ1, БрКМц3-1, БрБ2	Хорошая
БрАМц9-2, БрАЖН9-5-2, БрАЖ9-4, БрСр1	Удовлетворительная
БрА5, БрА7	Плохая
Латуни деформируемые		Электродная проволока Бр.ОЦ 4-3; Бр.КМц 3-1; ЛК62-0,5; ЛК80-3; ЛМц59-0,2 При толщине более 12 мм необходим предварительный подогрев до 300-350°С
JI96, ЛА77-2, ЛК80-2	Хорошая
ЛМцС58-2, ЛС3, Л062-1	Удовлетворительная
ЛС59-1, ЛС60-1	Плохая

Медь и сплавы на ее основе - бронзы, латуни, медно-никелевые сплавы качественно свариваются способом MIG/MAG в инертных газах.

Трудности при сварке

Высокая теплопроводность меди (в 6 раз выше, чем у железа) осложняет сварку соединений с несимметричным теплоотводом;

Большая жидкотекучесть (в 2--2,5 раза выше, чем у стали) затрудняет сварку вертикальных и потолочных швов;

Интенсивное окисление с образованием закиси меди (Cu₂О), хорошо растворяемой в расплавленном металле, приводит к образованию трещин;

Активная способность меди поглощать газы (кислород и водород) при расплавлении приводит к пористости шва и горячим трешинам

Большой коэффициент линейного расширения меди (в 1,5 раза выше чем у стали) влечет та собой значительные деформации и напряжения

Подготовка к сварке

Разделку меди и ее сплавов на мерные заготовки можно выполнять шлифовальной машинкой, труборезом, на токарном или фрезерном станке, а также плазменно-дуговой резкой.

Кромки под сварку подготавливают механическим способом. Для меди толщиной 6-18 мм рекомендуются V- и X-образные разделки.

Свариваемые детали и присадочную проволоку очищают от окислов и загрязнений до металлического блеска и обезжиривают. Механическую зачистку кромок выполняют наждачной бумагой, металлическими щетками и т.д. Использовать наждачную бумагу и абразивный камень с крупным зерном не рекомендуется.

Главное при сварке меди - защита сварочной ванны от кислорода. Она достигается при помощи раскисления фосфором, алюминием и серебром. Поэтому следует использовать электродную проволоку, легированную этими раскислителями.

Свариваемые кромки и присадочную проволоку можно очищать травлением в растворе, состоящем из:

• 75 см³/л HNO₂;
• 100см³/л H₂SO₄:
• 1 см³/л НСl

с последующей промывкой в воде и щелочи и сушкой горячим воздухом.

Предварительный подогрев конструкций с толщиной стенки 10-15 мм возможен газовым пламенем, рассредоточенной дугой или другими способами.

Сборку стыков под сварку ведут либо в приспособлениях, либо с помощью прихваток. Зазор в стыкуемых заготовках соблюдают одинаковым на всем протяжении. Прихватки должны быть минимального сечения, чтобы в процессе сварки их можно было переплавить. Поверхность прихваток необходимо очистить и осмотреть, чтобы на них не было горячих трещин. При сварке в нижнем положении используют графитовые подкладки или медные пластины, охлаждаемые водой.

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)

Техника сварки

Для повышения стойкости металла шва к образованию горячих трещин рекомендуются проволоки Бр.АЖНМц 8,5-4-5-1,5; Бр.МцФЖН 12-8-3-3; ММц40, Механические свойства сварных соединений в этом случае соответствуют свойствам основного металла.

Ориентировочные режимы сварки меди в нижнем положении

Вид соединения	Размеры, мм		Процесс сварки	Газ	Сварочный ток, А	Напряжение на дуге, В	Скорость сварки, м/ч	Диаметр электрода, мм	Вылет электрода, мм	Расход газа, л/мин
	S	b
	0,8-1	0+0,5	ИДС КЗ	Ar N2	80-110 80-110	18-20 18-20	30-45	0,8-1,2 0,8	10-14 10-12	7-9
	2-3	1-1,5	ИДС КЗ КЗ	Ar N2 Ar	140-210 140-200 140-200	19-23 20-25 19-23	25-35 25-35 25-30	0,8-1,6 0,8-1,2 0,8-1,2	10-18 10-14 10-14	8-10 8-9 8-10
	5-6	2-3	КЗ СТР ИДС	N2 Ar Ar	250-320 250-320 250-320	24-27 23-26 23-28	22-28 20-25 20-25	1-1,4 1-1,6 1,2-3	10-16 10-18 12-30	10-12
	8-10	3-3,5	СТР СТР КР	Ar He N2	350-550 300-500 300-500	32-37 33-38 34-39	18-20 20-22 20-28	2-3 1,6-3 1,6-3	20-35 18-35 18-35	14-16 30-40 14-16
	12-14	1,5-2,5	СТР СТР КР	Ar He N2	300-500 270-500 280-500	28-36 32-38 32-39	16-18 18-22 18-22	2-4 1,5-3 1,5-3	20-40 18-35 18-35	14-18 30-40 14-16
	16-20	3-4	СТР СТР КР	Ar He N2	350-680 350-650 350-650	32-39 34-42 35-42	16-18 16-20 16-20	2-4 2-4 2-4	20-40	14-18 30-50 14-18

Медь сваривают с минимальным числом проходов.

Сварку ведут "углом вперед" справа налево. Для формирования обратной стороны шва стыковых соединений используют графитовые или медные водоохлаждаемые подкладки. Двухсторонние соединения выполняют с формированием шва на весу или по подварочному шву наложенному ручной аргонодуговой сваркой W-электродом.

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
	3	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.

Латуни

Сплавы меди с цинком - это латуни, или медноцинковые латуни. Для улучшения свойств в сплав добавляют Al, Mn, Ni, Fe, Sn, Si и др. Такие латуни называются специальными.

Латуни обозначают буквой "Л", справа от которой пишут буквенное обозначение специально вводимых элементов (кроме Zn). затем цифру, указывающую процент меди, и наконец, проценты специально вводимых добавок в той же последовательности, в какой записаны сами элементы. В маркировке элементы обозначаются русскими буквами: Л - алюминий, Б -бериллий, О - олово, С - свинец, Н - никель, Мц - марганец, К - кремний, Мг - магний, X - хром, Ц - цинк.

ЛТ 96 - (томпак) означает медно-цинковую латунь с содержанием 96% меди и 4% цинка.

Л 68 - медноцинковая латунь с содержанием 68% меди и 32% цинка.

ЛАЖМц 70-6-3-1 - это специальная латунь с содержанием 70% меди, 6% алюминия, 3% железа, 1% марганца, 20% цинка.

Особенность сварки латуней - интенсивное испарение цинка при температуре 907°С. При этом ухудшаются механические свойства сварного соединения. Для уменьшения выгорания цинка эффективны сварка на пониженной мощности дуги, применение присадочной проволоки с кремнием, который создает на поверхности сварочной ванны окисную пленку (SiO₂), препятствующую испарению цинка.

Особенности сварки меди. Температура плавления меди 1063°С, плотность 8900 кг/м³. Сварка затрудняется её высокой теплопроводностью (в 6 раз выше, чем у железа), большой жидкотекучестью, способностью сильно окисляться в нагретом и особенно в расплавленном состоянии. На свариваемость меди оказывают большое влияние примеси входящие в её состав: кислород, свинец, сера, фосфор, сурьма, мышьяк, висмут.

    Медь в расплавленном состоянии сильно поглощает водород. При кристаллизации металла сварочной ванны с большой скоростью ввиду высокой теплопроводности атомарный водород не успевает покинуть металл. В результате оксид меди восстанавливается водородом с образованием паров воды: Cu₂O +2H =2Cu+H₂O, что приводит к образованию в шве пор и трещин.

    В околошовной зоне диффузионно-подвижный водород взаимодействует с оксидом меди Cu₂O, который располагается по границам зёрен, снижая коррозионную стойкость и пластичность меди. Образующиеся пары воды не растворяются в меди и не могут из неё выйти. Водяные пары, накапливаясь в микродефектах металла, создают в них давление, разрушающее металл с образованием микротрещин. Это явление получило название водородной болезни меди. Чтобы её предупредить, следует снижать количества водорода в зоне сварки. Для этого перед сваркой производят прокалку электродов и флюсов, применяют защитные газы.

Медь и её сплавы при сварке подвержены образованию горячих трещин. Это обусловлено высоким значением коэффициента теплового расширения, большой величиной литейной усадки при затвердевании и высокой теплопроводностью в сочетании с наличием в меди и её сплавах вредных примесей (кислорода, сурьмы, висмута, серы, свинца), которые образуют с медью легкоплавкие эвтектики. При затвердевании металла шва эвтектики сосредоточиваются по границам кристаллитов, снижая межкристаллитную прочность. Для обеспечения высоких свойств металла концентрацию примесей ограничивают. Например, в меди допускается не более 0,005% сурьмы, 0,005% висмута 0,004% серы.

    Высокая теплопроводность меди способствует интенсивному отводу тепла от центра сварного шва в основной металл. В шве кристаллиты вытягиваются в направлении теплового потока, образуя крупнозернистую столбчатую структуру. Интенсивное распространение теплоты в основной металл при сварке способствует также росту зерна в зоне термического влияния.

 

    3.2 Сварка меди металлическими покрытыми электродами. Для сварки меди применяют электроды марки "Комсомолец-100", АНЦ/СЭМ-3, ММЗ-2. Медь толщиной до 4 мм сваривают без скоса кромок, при большей толщине делают разделку с общим углом 70 – 90°. сварку ведут постоянным током обратной полярности, силу сварочного подбирают по формуле I = 50d электрода. При сварке поддерживают короткую дугу без колебаний электрода. После сварке следует проковать шов: при толщине 4-5 мм – в холодном состоянии и при большей толщине - после подогрева до 300-400°С с последующим отжигом.

 Предварительный подогрев до 300-500°С применяют при толщине металла более 4-5 мм.

    Электродами ММЗ-2 можно вести сварку на переменном токе, но при этом разбрызгивание металла увеличивается.

    Металл шва, выполненный покрытыми электродами, обладает хорошими механическими свойствами. Однако его состав отличается от состава основного металла из-за присутствия легирующих элементов (марганца, кремния и др.) применяемых при сварке в качестве раскислителей и ухудшающих электропроводность и другие свойства.

 

    3.3 Сварка меди в среде инертных газов. Сварку ведут неплавящимся электродом, что обеспечивает высокое качество сварного соединения. В качестве защитных газов используют аргон или азот, который для меди является нейтральным. Сварка в азоте отличается более глубоким проплавлением и высокой производительностью, однако устойчивость дугового разряда в азоте ниже, чем в аргоне или гелии. Чаще используют смесь газов аргона и азота высших сортов, что экономит дорогой аргон, повышает устойчивость дуги и производительность труда. Для сварки используются лантанированные (ЭВЛ) или иттрированные (ЭВИ) вольфрамовые электроды. Металл толщиной до 5 мм сваривают без разделки кромок, при толщине 6-12 мм делают одностороннюю разделку со скосом 2 кромок, а при большей толщине - двухстороннюю, с углом раскрытия 70-90°, притупления не оставляют. Для присадки применяют проволоку из меди и её сплавов. Несмотря на газовую защиту, кислород всё же попадает в шов, поэтому применяют проволоку с раскислителями, например с марганцем и кремнием, однако шов при этом теряет свои высокие теплофизические свойства. Более эффектно применение проволок, низколегированных редкоземельными металлами, которые удаляют кислород, но не остаются в шве.