Температура плавления меди колеблется в пределах 1080— 1083°. При 400—600° медь становится хрупкой. Она легко окисляется при нагревании, образуя закись меди (СигО). Закись меди дает с медью промежуточный сплав Си + СиаО, располагающийся по границам зерен. Так как температура плавления промежуточного сплава ка 20° ниже температуры плавления чистой меди, то этот сплав способствует образованию горячих трещин при кристаллизации шва.
Расплавленная медь, содержащая закись меди, в присутствии водорода при затвердевании дает мелкие трещины. Это явление, называемое водородной болезнью меди, возникает вследствие соединения водорода с кислородом закиси меди и образования водяного пара, который при высоких температурах, стремясь расшириться, вызывает появление трещин в металле шва. Трудность сварки меди обусловлена также ее высокой теплопроводностью и жидкотекучестью в расплавленном состоянии.
Чем меньше закиси меди содержится в прокатанной меди, тем лучше она поддается сварке. Примеси мышьяка, свинца, сурьмы и висмута затрудняют сварку меди. Наилучшей свариваемостью обладает электролитическая медь, содержащая не более 0,4% примесей. Литейная медь, содержащая до 1% примесей, сваривается хуже. Хром, марганец, железо, никель и тантал повышают прочность металла шва при сварке меди.
Дуговая сварка ввиду значительной теплопроводности меди требует применения повышенного тока. Сварку производят угольным или металлическим электродом с применением флюсов и покрытий. Сварку угольным электродом ведут длинной дугой (10—15 мм) на постоянном токе прямой полярности при напряжении 40—55 в.
Во избежание образования закиси меди на границах зерен сварку следует выполнять быстро, без остановок и перерывов, со скоростью не менее 0,25 м/мин. Конец присадочного прутка должен находиться между концом угольного электрода и расплавленной ванной основного металла, не погружаясь в нее. Электрод держат под углом 70—80°, а присадочный пруток — под углом до 30° к свариваемому листу.
Расплавляющаяся проволоке должна каплями поступать в сварочную ванну. В качестве присадочного металла используют проволоку из чистой (электролитической) меди или из фосфористой бронзы БрОФЭ-О.З, имеющей состав: 90,2% меди, 9,27% олова, 0,25% фосфора. Для предохранения металла от окисления и удаления закиси меди применяют флюсы.
При сварке меди в качестве раскислителей используются алюминий, фосфор и кремний. При сварке прутками из БрОФЭ-О.З можно в качестве флюса применять смесь из 94—96% буры и 6—4% магния металлического в порошке.
Жидкотекучесть меди выше, чем стали, поэтому кромки свариваемых листов нужно соединять плотно, без зазора. Общий угол разделки свариваемых кромок должен равняться 90°. Иногда кромки несколько осаживают, утолщая их для последующей проковки и наклепа с целью размельчения зерен металла сварного соединения. Медь толщиной более 6 мм сваривают с предварительным подогревом. Листы толщиной от 1 до 3 мм сваривают с отбортовкой кромок, без присадочного металла.
Тонкие листы (менее 5 мм) после сварки проковывают в холодном состоянии, а толстые — при температуре 200—300°. Проковке подвергается как металл шва, так и переходная зона. Для придания металлу шва вязкости и пластичности после проковки его нужно отжечь, нагрев до температуры 500—550° с последующим быстрым охлаждением в воде. При этом металл шва и околошовной зоны приобретает мелкозернистое строение.
При сварке меди металлическим электродом применяют медные электроды с покрытиями, в сослав которых в качестве раскислителей вводятся ферросплавы: ферромарганец, ферросилиций, кремнистая медь и др. Для защиты обратной стороны шва от окисления в канавку подкладки под швом насыпают флюс того же состава, что и покрытие. Суммарное содержание кремния и марганца в покрытии обычно не превышает 4%. Окись марганца, вступая в соединение с закисью меди, образует жидкоплавкий шлак. В качестве шлакообразующих и стабилизирующих веществ в покрытие вводятся полевой шпат, плавиковый шпат, магнезия, мел и др. Используются также медные электроды с многослойным покрытием. В этих электродах нижний слой покрытия выполнен из флюсов, применяемых при автоматической сварке медных сплавов. Составы этих флюсов приводились выше. Верхний слой состоит из мелового покрытия (75% мела и 25% жидкого стекла) и служит для повышения устойчивости горения дуги. Сварочный ток равен 50—60 а на 1 мм диаметра стержня электрода. При сварке меди металлическим электродом применяется постоянный ток обратной полярности и наиболее короткая дуга.
Медь, содержащую кислорода не более 0,01%, целесообразно сваривать электродами из меди Ml с покрытием «Комсомолец» следующего состава: 50% ферромарганца, 8% ферросилиция, 10% плавикового шпата, 12% полевого шпата, 20% жидкого стекла (к весу сухой части покрытия). Медь с содержанием кислорода более 0,01% следует сваривать угольным электродом с присадочным прутком из бронзы БрОФЭ-О.З.
Применяются также электроды марки ЭТ, разработанные Балтийским судостроительным заводом, со стержнем из кремнемарганцовистой бронзы БрКМц-3-1, содержащей 3% кремния и 1% марганца, и покрытием следующего состава: 17,5% марганцевой руды, 32% плавикового шпата, 16% графита серебристого, 32% ферросилиция 75%-ного, 2,5% алюминия в порошке.
Покрытие замешивается на жидком стекле и наносится слоем 0,2 — 0,3 мм на стержень диаметром 4 — 6 мм. Сварка ведется короткой дугой на постоянном токе при обратной полярности, ток выбирается из расчета 50 а на 1 мм диаметра стержня электрода.
Способ автоматической сварки меди угольным или графитовым электродом под флюсом разработан Н. А. Ольшанским. Угольный электрод диаметром 20 мм устанавливается в автоматическую сварочную головку, передвигающуюся вдоль шва с постоянной скоростью. Применяется постоянный ток до 1000 а и выше при прямой полярности. Зажимы для электрода охлаждаются водой.
Свариваемые листы помещают на графитовую подкладку и плотно сдвигают. Кромки листов не скашивают. Вдоль кромок укладывают брусочек присадочного металла, а сверху—полоску из латуни ЛТ-90 (меди 90%, цинка 10%), цинк которой служит раскислителем. Присадочный металл и латунь укрепляют поперечными медными проволочками через каждые 150—200 мм. Вдоль шва ставят ограничительные продольные планки зажимного приспособления, прочно удерживающие свариваемые листы и прижимающие к ним поперечные проволочки. Шов засыпают флюсом марки ОСЦ-45, под которым производится сварка.
сварка алюминий титан медь сплав
Этот способ обеспечивает высокую производительность процесса сварки и хорошее качество металла шва, но требует специальной подготовки изделия под сварку, о чем говорилось выше.
Применяется автоматическая сварка меди под флюсами ОСЦ-45, АН-20 и АН-348А плавящимся электродом диаметром 1,4—4 мм из меди Ml, М2 и МЗ или кремнемарганцовистой бронзы БрКМцЗ-1. Ток используется постоянный, обратной полярности, 100 а на 1 мм диаметра электрода, напряжение дуги 38 — 40 в, скорость сварки 15 — 2Бм/час.
Для листов толщиной более 8 мм желателен предварительный подогрев, а после сварки — отжиг с быстрым охлаждением.