Время изучения -2 часа
ПЛАН
1.Особенности сварки меди.
2.Сварка меди металлическими покрытыми электродами.
3.Сварка меди в среде инертных газов.
4.Дуговая сварка латуни.
5.Бронзы.
3.1Особенности 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. 
Изготовление деталей из меди!
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 = 50 d 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.
Свариваемые кромки и проволоку перед сваркой тщательно очищают механическим путём и обезжиривают. Металл толщиной 4-5 мм сваривают с подогревом до 350°С, при большей толщине температуру подогрева увеличивают до 400-800°С. Сварку ведут постоянным током обратной полярности либо переменным током, используя типовые установки УДГ-501, УДГУ-301 и др. Стыковые соединения сваривают на графитизированной или флюсовой подкладке. Применяют повышенную силу сварочного тока: при толщине металла 2-4 мм – 200-300А, при толщине 6-10 мм – 250-400А. Сварку ведут справа налево при небольшом наклоне электрода углом вперёд на 80-90° по отношению к изделию и наклоне присадочной проволоки на 10-15°.
3.4 Дуговая сварка латуни. Дуговая сварка латуни затруднена тем, что при её нагреве и расплавлении испаряется цинк, являющийся составной частью латуни, вследствие чего её качество (прочность и плотность) ухудшается, а кроме того, выделяются вредные для здоровья пары цинка и его окислов.
Латунь небольшой толщины сваривают графитизированными электродами. Для уменьшения выгорания цинка поддерживают короткую дугу, а заострённый конец электрода погружают в ванночку расплавленного металла, в результате чего дуга горит в газовом пузыре из паров цинка и его выгорание уменьшается. Сварку ведут постоянным током прямой полярности без присадочного металла. При толщине металла 3-16 мм делают одностороннюю разделку под углом 70°, при большой толщине – криволинейную разделку, притупление оставляют 1,5-2 мм. Металл толщиной более 10 мм подогревают перед сваркой до 300-350°С. Сварку ведут на подкладках, предохраняющих от прожогов, с присадочным металлом – проволокой марки ЛК80-3 диаметром 6-8 мм, предварительно покрытой флюсом. Используют флюс, состоящий из смеси: криолита – 35%, хлористого натрия – 12,5%, хлористого калия – 50% и древесного угля – 2,5%. Сварные соединения, выполненные указанным способом, имеют высокие механические показатели.
Для сварки латуни покрытыми электродами применяют электроды с покрытием типа ЗТ со стержнем из бронзы БрКМц-3-1. Сварку выполняют короткой дугой без колебаний конца электрода постоянным током обратной полярности. Под стыком укладывают прокаленную асбестовую подкладку. При толщине латуни до 4 мм сварку ведут без разделки кромок, при толщине 4-10 мм делают одностороннюю разделку под углом 60-70°, а при большей толщине – двухстороннюю разделку. Подогрев применяют при толщине металла более 10 мм.
Покрытыми электродами сваривают в основном дефекты литья и, при невозможности применить другие способы, соединения из простых цинковых латуней. Для сварки латуни более сложного состава (с примесью Mn, Fe, Al и других элементов) стержень электрода берут того же состава, что и основной металл.
Латунь хорошо сваривается в аргоне вольфрамовым электродом. В качестве присадочного металла используются прутки из бронзы БрКМц-3-1. При сварке сложных латуней применяют присадочную проволоку того же состава, что и свариваемый металл. Подготовка соединений к сварке, разделка кромок и подогрев аналогичны сварке покрытыми электродами.
3.5 Бронзы. Бронзы представляют собой сплав меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием и другими элементами.
Бронзы обладают хорошими литейными, антифрикционными и антикоррозионными свойствами, высокой прочностью и пластичностью (примерно на уровне меди), хорошо обрабатываются и поэтому широко применяются в промышленности. Химический состав бронз необходимо учитывать при сварке. Бронзы сваривают угольными, покрытыми электродами, а в среде аргона – вольфрамовыми электродами. Сварка бронз аналогична сварке меди, но имеет свои особенности.
При сварке бронзы угольными электродами в качестве присадочного металла применяют литые бронзовые прутки того же состава, что и основной металл. Флюсы подбирают разного состава. Для сварки алюминиевых бронз флюс изготавливают из хлористых и фтористых солей щелочных и щёлочно-земельных металлов и криолитов для удаления окисла алюминия. Для сварки оловянистых бронз флюс изготовляют из смеси буры и борной кислоты. Флюс, замешанный жидким стеклом, наносят на кромки и присадочные прутки, причём при нанесении на прутки в смесь добавляют 20% древесного угля. При сварке бронз применяют предварительный подогрев до невысоких температур; для оловянистых бронз температура подогрева должна быть не более 100-150°С. Сварку выполняют постоянным током прямой полярности.
Бронзы сваривают металлическими электродами со стержнями, близкими по составу к основному металлу, покрытыми различного типа обмазками. Например, для сварки и наплавки алюминиевой бронзы марки БрАМц-9-2 применяют стержни из проволоки БрАМц-9-2, покрытые смесью следующего состава: криолит – 83%, хлористый калий – 5%, ферромарганец- 8%, алюминиевая пудра – 2% и бетонит – 2%. Смесь замешивают жидким стеклом. Сварку ведут постоянным током обратной полярности с предварительным подогревом до 200-300°С. При толщине металла более 4 мм применяют разделку кромок под углом 90°. Швы накладывают при токе средней силы тонкими широкими слоями. Бронзы оловянистые тоже сваривают покрытыми электродами, но стержни делают из БРОФ-6,5-0,15 с повышенным содержанием фосфора. Большинство марок бронз хорошо свариваются неплавящимися вольфрамовыми электродами в среде аргона без присадочного (при толщине до 4 мм) и с присадочным металлом того же состава, что и основной металл. Сварку ведут постоянным током прямой полярности. Медно-оловянистые бронзы сваривают без подогрева при толщине до 10 мм, медно-алюминиевые – до 6 мм, а медно-кремнемарганцевые – до15 мм. При сварке алюминиевых бронз присадочные прутки покрывают флюсом из хлористых и фтористых солей щелочных и щёлочно-земельных металлов и криолита или же применяют переменный ток.
Задание: Ответить на контрольные вопросы
Контрольные вопросы.
1. Какое физическое свойство меди затрудняет процесс сварки?
2. Объясните явление водородной болезни меди.
3. Почему медь и ее сплавы подвержены образованию горячих трещин?
4. Род и полярность тока при сварке меди металлическими покрытыми электродами?
5. По какой формуле подбирают силу сварочного тока при сварке меди покрытыми металлическими электродами?
6. Какие свойства ухудшаются при сварке меди покрытыми металлическими электродами?
7. Какие электроды применяют для сварки меди в среде инертных газов?
8. Недостаток сварки в азоте?
9. В каком случае применяется двухсторонняя разделка кромок при сварке меди?
10. Назовите особенности применения присадочных материалов при сварке меди.
11. Почему затруднена сварка латуни?
12. Какие меры применяют для сварки латуни графитизированными электродами?
13. Как сваривают латунь толщиной более 10 мм?
14. Какие свойства характерны для соединений, выполненных дуговой сваркой графитизированными электродами?
15. Техника дуговой сварки латуни покрытыми электродами.
16. Из какого материала изготавливают подкладку для сварки латуни покрытыми электродами?
17.Особенности разделки кромок при сварке латуни покрытыми электродами.
18. Назовите основные свойства бронзы.
19.Особенность сварки бронзы угольными электродами.
20.Стержни, покрытые смесью какого состава применяют при сварке алюминиевой бронзы?
21.В каких случаях при сварке бронз неплавящимся вольфрамовым электродом применяется присадочный материал?