2.2.5.Особенности газовой сварки цветных металлов Особенности сварки меди и ее сплавов

Основные трудности при сварке меди обусловлены ее высокой теплопроводностью, низкой стойкостью к образованию трещин, повышенной склонностью к образованию газовых включений.

Свариваемый металл и присадочный материал тщательно очищаются от оксидов и загрязнений до металлического блеска и обезжириваются. Для очистки механическим путем используют металлические щетки и наждачную шкурку. Не рекомендуется применение абразивных камней. Сварочную проволоку и кромки очищают травлением в растворе, состоящем из 75 см³/л HNO₃, 100 см³/л H₂SO₄ и 1 см³/л HCl, с последующей промывкой в воде и NaOH, снова в чистой воде и просушкой горячим воздухом.

Сварка преимущественно выполняется ацетилено-кислородным пламенем, газы-заменители целесообразно использовать при сварке меди и латуни малых толщин. Высокая теплопроводность меди обусловливает применение пламени большей мощности, примерно в два раза превышающую мощность пламени при сварке низкоуглеродистой стали.

При сварке меди применяют нормальное ацетилено-кислородное пламя ( = 1‑1,1). Мощность пламени устанавливается из расчета V_а = (150 – 225) . При использовании газов – заменителей ацетилена значительно возрастает расход кислорода ( = 3,5). Нижний предел рекомендуется для сварки меди толщиной до 10 мм, верхний – больших толщин.

Большое значение имеет выбор марки и диаметра присадочной проволоки. Использование обычной медной проволоки не дает положительных результатов: швы, особенно при сварке металла больших толщин получаются пористыми, склонными к образованию трещин. Продукты сгорания ацетилена не обеспечивают полной изоляции сварочной ванны от атмосферы и металл шва обогащается растворенной закисью меди. Поэтому сварочная ванна нуждается в раскислении. Для этой цели в сварочную проволоку вводят элементы раскислители, такие как фосфор и кремний, и применяют флюсы на основе буры и борной кислоты с добавками солей натрия и калия, растворяющих закись меди. Вводимый фосфор увеличивает жидкотекучесть меди, и это облегчает всплытие на поверхность сварочной ванны примесей и шлаков. Процесс раскисления фосфором идет по реакции

.

Для сварки электротехнической меди толщиной до 10 мм рекомендуется использовать присадочную проволоку МСр-1, содержащую до 0,2 % Р, а для меди большей толщины проволоки, содержащие дополнительно 0,15-0,3 % Si. Избыток раскислителей в металле шва нежелателен, так как большие количества кремния и фосфора приводят к снижению тепло- и электропроводности меди. Важным является также правильный выбор диаметра присадки. Он выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла из табл. 36.

Таблица 36

Зависимость диаметра присадочной проволоки от толщины свариваемого металла

, мм	1,5	1,5 – 2,5	2,5 - 4	4 - 8	8 - 15	15
d п.п., мм	1,5	2	3	4 - 5	6	8

При сварке медных сплавов, содержащих активные раскислители (алюминий, кремний, марганец) можно использовать присадку того же состава, что и основной металл. Присадку в процессе сварки не рекомендуется держать в сварочной ванне, так как это приводит к дополнительному отводу тепла и охлаждению ванны.

Медь толщиной до 3 мм сваривают без разделки кромок с зазором не более 1 мм. При больших толщинах рекомендуется разделка кромок под углом 60-70 и зазором до 1,5 мм. Применяют стальные или графитовые подкладки и подформовку стыка для предотвращения вытекания ванны. Сварку ведут в основном в нижнем положении.

При сварке меди толщиной более 10 мм рекомендуется сопутствующий подогрев. При толщине меди до 5 мм рекомендуется применение левого способа, при больших толщинах – правого. Сварку ведут в один слой с максимальной скоростью во избежание роста зерен и образования пор. После сварки рекомендуется проковка шва. При толщине листов до 4 мм проковка проводится в холодном состоянии, а при больших толщинах – в горячем при температуре 500-600 С.

Для придания сварному соединению более высокой вязкости после проковки шов и прилегающую к нему зону основного металла нагревают до температуры 550-600 С и быстро охлаждают в воде. Примерные режимы газовой сварки меди приведены в табл. 37.

Таблица 37

Примерные режимы газовой сварки меди

, мм	b, мм	, 	d п.п., мм	Расход газа, л/ч
				С2Н2	О2
1,5 – 1,6	1	-	1,5	225 - 250	230 - 270
3 – 4	1 – 1,5	60	3	450 - 700	480 - 750
5 – 6	1,5	70	5	1050 - 1500	1100 – 1570
8 - 10	1,5	70	6	2000 - 2800	2100 - 300

Бронзой принято называть сплавы меди с любыми металлами, кроме цинка. Они подразделяются на две основные группы: оловянистые и безоловянистые.

Оловянистые - бронзы, в которых основным легирующим элементом является олово, например, Бр ОФ 6,5-0,4; Бр ОЦ 4-3, Бр ОЦС 4 – 4 – 4 и др.

Безоловянистая – бронза, содержащая алюминий, кремний, бериллий, никель, хром, марганец, железо и т.д. Наибольшее применение имеют алюминиевые бронзы Бр А7, Бр АЖ 3 – 4, Бр АЖМц 10–3-1,5 и кремнистые – Бр КМц 3-1, Бр КН 0,5-2.

При сварке оловянистой бронзы используют нормальное ацетилено-кислородное пламя ( = 1–1,1), так как при избытке в пламени кислорода выгорает олово, а при избытке ацетилена увеличивается пористость наплавленного металла. Мощность пламени устанавливается из расчета V_а = (100–150). Разделка кромок рекомендуется под углом 60-90 . Бронза жидкотекуча, поэтому сварка возможна только в нижнем положении шва. Для предотвращения вытекания ванны применяют подкладки из графита или асбеста. В качестве присадочного материала применяют бронзовые прутки, близкие по составу к основному материалу. Так как фосфор при сварке бронз является хорошим раскислителем, в качестве присадки рекомендуется фосфористая бронза Бр ОФ 6,5-0,4. Флюсы применяются те же, что и при сварке меди. После сварки рекомендуется применять проковку и отжиг при температуре 600-700 С с охлаждением в воде. Для особо ответственных соединений, работающих при ударных и знакопеременных нагрузках, следует применять отжиг при температуре 750 С и закалку при 600-650 С.

Безоловянистые бронзы также сваривают нормальным пламенем. Мощность пламени при сварке с предварительным подогревом определяется из расчета V_а = (100–150), без предварительного подогрева V_а = (125–175). Присадочный материал применяется того же состава, что и основной металл. Флюсы используются такие же, что и при сварке меди. При сварке алюминиевых бронз основной трудностью является окисление алюминия с образованием тугоплавкой оксидной двуоксиси алюминия, оседающей на дно сварочной ванны. При сварке этих бронз рекомендуется использовать флюсы, в состав которых входят фториды и хлориды щелочных металлов. Параметры режимов при сварке бронз применяют те же, что и при сварке меди.

Латунь представляет собой медно-цинковые сплавы. Она подразделяется на простую, т.е. сплавы меди с цинком (например, Л96, Л80, Л68, Л59 и др.) и специальную, в состав которой кроме цинка в небольших количествах входят алюминий, никель, железо, олово, свинец, кремний, марганец и т.д. (например, ЛЖМц 59-1-1, ЛК 80-3, ЛМц 58 – 2, ЛО 90-1, ЛО 62-1 и др.).

Трудности при сварке латуни состоят в активном поглощении газов сварочной ванной, склонности к образованию пор и трещин, а также в испарении цинка при его кипении. Для того чтобы уменьшить потери цинка, для латуни применяют окислительное ацетилен-кислородное пламя ( = 1,3–1,4). Окислительное пламя связывает водород, уменьшая этим растворение водорода в жидком металле, что в свою очередь приводит к снижению интенсивности испарения цинка. Кроме того, избыток кислорода создает на поверхности расплавленного металла пленку оксидов, которая также уменьшает испарение цинка. С этой же целью в состав присадочного металла вводят кремний, который, окисляясь, создает тугоплавкую оксидную пленку, предохраняющую цинк от испарения.

Подготовку кромок под сварку и диаметр присадочного материала выбирают так же, как и при сварке меди. При толщине металла более 3 мм сварку ведут в нижнем положении левым способом. В этом случае следует применять двухсторонние швы или подкладки, остающиеся из меди, съемные из нержавеющей стали. При использовании присадки с повышенным содержанием кремния и флюса БМ-1 сварку можно производить во всех пространственных положениях. Это возможно благодаря образованию на поверхности сварочной ванны вязкой шлаковой пленки. При этом сварку ведут на пониженной мощности пламени из расчета V_а = (35‑40). Для снятия остаточных напряжений применяют низкотемпературный отжиг при температуре 270-300 С.

Кроме ацетилена можно использовать пропан-бутановую смесь и керосин. При использовании пропан-бутана - ( = 3,5-4), V_а = (60-75). Техника сварки такая же, как при сварке меди. Керосино-кислородная сварка производится пламенем мощностью V_к = (140-250). Режимы керосино-кислородной сварки латуни приведены в табл. 38.

Таблица 38

Режимы керосино-кислородной сварки латуни

, мм	b, мм	, 	d п.п., мм
0,5 –1	1 – 1,5	-	2
1 – 5	1,5 – 3	-	3 - 5
6 – 15	3 – 4	60 – 90	7 – 9