14.4 Сварка меди и медных сплавов

Сварка меди и медных сплавов связана с рядом трудностей. Суть этих трудностей состоит в следующем. Медь обладает высокой теплопроводностью, что предполагает при сварке ее и сплавов использование мощных концентрированных источников тепловой энергии. Кроме этого, при выполнении сварки становится необходимым предварительный и сопутствующий подогрев заготовок. В жидком состоянии медь имеет высокую текучесть, что создает трудности при выполнении некоторых швов в пространстве (потолочных, вертикальных и кольцевых). Медь также имеет высокий коэффициент линейного расширения, что приводит к короблению отдельных элементов металлоконструкций сложной пространственной формы.

При кристаллизации жидкой меди в сварочной ванне имеет место интенсивное газопоглощение (кислород, водород), приводящее к получению, в конечном счете, пористого металла сварного шва, а также к образованию в нем горячих трещин и резкому понижению пластических свойств.

Все, или по крайней мере, большинство выше перечисленных трудностей учитывались специалистами при разработке технологических процессов при производстве сварных изделий из меди и её сплавов.

Для меди находят применение следующие способы сварки:

а) горизонтальная с использованием флюсов;

б) дуговая электросварка неплавящимся графитовым электродом;

в) дуговая электросварка плавящимся металлическим покрытым электродом;

г) сварка в среде защитных газов;

д) сварка под флюсом;

е) специальные виды: плазменная и электро-лучевая.

При газовой сварке используют присадочные прутки из электролитической меди; а также в качестве электродов медные прутки, легированные до 0,2 % фосфором и до 0,3 % кремнием. Легирующие элементы при сварке выполняют роль раскислителей жидкого металла в сварочной ванне.

Для газовой сварки применяется флюс, содержащий до 70 % буры, 10 % борной кислоты и 20 % хлористого натрия. В горелку устанавливают необходимый номер мундштука, обеспечивающий требуемую мощность пламени, примерно в 1,5 – 2 раза большую, чем при сварке стальных заготовок.

При выполнении газовой сварки меди больших толщин осуществляют сопутствующий подогрев заготовок. Для газовой сварки используют нормальное пламя.

После выполнения газовой сварки, как правило, производится горячая проковка (400 ⁰ – 500 ⁰С) сварочного шва для повышения механических прочностных свойств.

При дуговой сварке меди неплавящимся графитовым электродом используют способы открытой и закрытой дуги.

В случае использования способа с открытой дугой применяют присадочные прутки из фосфористой меди с покрытием, содержащим буру, древесный уголь, кислый и фосфорнокислый натрий и кремниевую кислоту.

Если же применяется способ с закрытой дугой, то используют специальные флюсы, основой которых является бура.

При сварке сплава меди латуни наблюдается испарение цинка, что снижает прочность и коррозионную стойкость сварных деталей. Кроме этого пары цинка ядовиты, а это создает неблагоприятную обстановку на рабочем месте сварщика. Для ликвидации паров цинка используют мощную приточно-вытяжную вентиляционную систему или при разовом исполнении сварки латуни сварщик выполняет работу в специальной маске.

Для сварки латуни преимущественно используют сварку неплавящимся вольфрамовым электродом, так как при этом способе наблюдается минимальное испарение цинка.

Перед выполнением сварки производится тщательная подготовка кромок с последующим их травлением, обработке травлением подвергают в обязательном порядке и прутки присадочного металла. Для травления используют специальный раствор следующего состава: 75 см³/л HNO₃ , 100 см³/л H₂SO₄ и 1 см³/л HCl.

Для сварки бронзы применяют те же способы, что и для сварки меди, исключение составляет только выполнение сварки оловянных бронз. Данные бронзы сваривают с предельно допустимой скоростью, исключая всякий вид подогрева. Эти особенности технологического процесса сварки оловянных бронз направлены на то, чтобы максимально сохранить в бронзе легкоплавкое олово. Сварку оловянных бронз производят также с использованием подкладок для ускорения охлаждения металла сварочной ванны, предотвращая тем самым формирование в металле шва структуры с повышенной хрупкостью.