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

Соединения для сварки меди

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.

Подготовка кромок для сварки меди

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

Сварное соединение меди

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

Стыковое сварное соединение меди

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

Угловое сварное соединение меди

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

Стыковое соединение меди

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

Сварное соединение бронзы

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

Тавровое соединение бронзы

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

Сварное соединене бронзы

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

Сварное соединение бронзы

14-16

0+2

СТР

400-650

33-38

20-25

2-5

20-40

16-20

Сварное соединение бронзы

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.