4. Мідь і її сплави

Мідь і сплави на її основі широко використовуються в багатьох галузях народного господарства, де потребується поєднання таких важливих властивостей, як міцність, тепло- і електропровідність, висока корозійна і ерозійна стійкість, антифрикційність і т. і.

Значний обсяг використання цих матеріалів передбачає застосування різних способів зварювання і наплавлення з урахуванням специфічних особливостей кожного з них.

4.1 Мідь

Завдяки специфічним властивостям (високій електропровідності і теплопровідності, корозійній стійкості, високим показникам пластичності при низьких температурах, здатності до пластичного деформування в холодному і гарячому стані), мідь використовується для виготовлення теплообмінних апаратів, електророзподільних пристроїв, водоохолоджувальних кристалізаторів для спеціальної електрометалургії, в кріогенній техніці.

Згідно з ГОСТ 859-2001 мідь маркірується в залежності від чистоти, причому з підвищенням цифрового індексу металу кількість примішок в ньому збільшується. Наприклад, безкиснева мідь марки МООб складається на 99_,99% (Cu + Ag), М1б - на 99,95% (Cu + Ag), МЗр на 99,5% (Cu + Ag). Найбільш шкідливою примішкою в міді є кисень.

При реакції кисню з міддю утворюється закис міді Cu₂O, що дає разом з міддю евтектику Cu + Cu₂O, знижуючу стійкість проти гарячих тріщин. Разом з цим утворюється і оксид міді CuO, який навпаки тугоплавкий і нерозчинний в міді, він засмічує зварювальну ванну. Крім того, якщо в міді був розчинений водень, то в результаті його реакції з закисом міді утворюються водяна пара, яка не здатна до дифузії і не встигає виділитися з рідкого метала, накопичуються в гратці метала, здійснюючи великий тиск, внаслідок чого в зоні термічного впливу виникають холодні тріщини. Це явище носить назву "водневої хвороби" міді, тому вміст кисню в міді не повинен перевищувати 0,01%. Шкідливими домішками, спонукаючими утвореня гарячих тріщин, слугують вісмут, сурма та свинець, вміст яких на повинен перевищувати 0,003%, 0,005% і 0,03% відповідно.

Відносно причини пористості, пов'язаної з дією азота, єдиної точки зору не існує. Вважається, що причиною може бути поглинання металом азота з плазмового струменя і виділення його в об'ємі зварювальної ванни. Іноді це явище пов'язується з величиною зварювального струму: при Iзв ≤ 220А пори відсутні, при більших величинах вони є.

Корисним може бути комплексне поверхневе легування ванни активними нітридоутворюючими елементами – титаном, алюмінієм і цирконієм.

В той же час при зварюванні міді зануреною дугою із захистом її азотом пористість відсутня внаслідок горіння дуги в парах метала. Водень може бути причиною пор: внаслідок скачкоодібного падіння розчиненості водню при переході міді з рідкого до твердого стану і швидкої кристалізації він не встигає виділитися із зварювальної ванни. Застосування попереднього, а інколи і супутнього підігрівання дозволяє подовжити перебуванню зварювальної ванни у рідкому стані і сприяє виділені водню.

Такими ж самими мірами можна подолати і явища, пов′язані з великою теплопровідністю міді, коли на початковій стадії процеса зварювання утруднюється створення зварювальної ванни внаслідок швидкого відведення тепла, що приводить до непровару.

Високе значення теплоємності міді вимагає регулювати теловкладення і змінювати погонну єнергію для уникнення пропалів метала.

Високий коєфіцієнт лінійного розширення може спричинити не тільки деформації у зварювальному виробі, але і тріщиноутворення внаслідок пропорціональній дії залишкових напружень розтягання при охолодженні і коефіцієнта лінійного розширення. Ці два показника поєднуються з провалом міцності в інтервалі темпереатур 250 - 550ºС, тому треба перш за все уникати жорстких закріплень конструкції при зварюванні. З урахуванням високої пластичності міді виріб можна легко відрихтувати після зварювання.

Мідь у рідкому стані має високу рідкотекучість, тому треба обмежувати розмір зварювальної ванни і застосовувати формуючі пристрої, частіш за все з графіта. Це обмежує можливості виконання зварювальних робіт у всіх просторових положеннях.

Якість швів і всього зварного з'єднання великою мірою залежить від якості підготовки зварюваних кромок, збирання і прихваток. Різання і розчищення кромок повинно виконуватись тільки механічним інструментом, біляшовна зона і зварювальний дріт треба зачищати до металевого блиску сталевими щітками і знежирювати ацетоном або уайт-спирітом, флюс і покриті єлектроди вотребують прогартовування перед зварюванням.

Газове зварювання міді використовується, головним чином, при ремонтних роботах або при виготовленні виробів малої товщини, коли на виробництві не можна застосувати електричні способи зварювання.

Однобічні шви стикових з'єднань з відбортовкою двох кромок виконуються для міді товщиною 0,5 – 2,0 мм, а без відбортовки на зйомній підкладці для товщини 1,0 – 2,0 мм; однобічні шви кутових з'єднань з відбортовкою однієї кромки – для товщин 0,5 –2,0 мм, а без відбортовки – для товщин 1,0 – 2,5 мм. Шви таврових з'єднань однобічні і двобічні використовуються для товщин 1,0 – 2,5 мм. Мідь товщиною до 3 мм зварюється без розчищення кромок, при більших товщинах роблять V – подібне розчищення з кутом 60º - 70º з притупленням 1,5 мм.Зазори у всіх випадках – мінімальні 0 – 1мм.

Зварювання міді виконується, в основному, м'яким, нормальним ацетиленокисневим полум'ям. Потужність полум'я майже удвічі більша, ніж для зварювання сталі: 155 – 175 л/год ацетилена на 1 мм товщини зварюваної деталі, товщиною 3 – 4 мм і 175 – 225 л/год на 1 мм товщини для деталей товщиною 8 – 10 мм. Великі товщини зварюють двома, а то і трьома пальниками (два з них підігрівають метал) в один шар з максимальною швидкістю, щоб уникнути росту зерна і утвореня пор. Як присадку, використовують мідний дріт різних марок згідно з ГОСТ 16130-90: М – 1(мідь чиста), МСр – 1 (мідь з 0,8 – 1,2 Ag), МНЖ 5 – 1 , МНЖКТ 5 – 1 – 0,2 – 0,2, де є активні розкислювачі. Діаметр присадки, як і номер наконечника пальника, залежить від товщини зварюваного металу:

Товщина металу, мм 1,5 1,5 – 2,5 2,5 – 4 4 – 8 8 – 15 15

Діаметр присадки, мм 1,5 2 3 4 – 5 6 8

Номер наконечника 2 – 3 3 4 – 5 5 6 – 7 7

При зварюванні мідних сплавів, у склад яких входять активні розкислювачі (Al, Si, Mn), можна вживати присадку того ж складу, що і основний метал. Крім того, якщо присадний дріт не вміщує фосфора і кремнія, обов'язковим є використання флюсів, які розчиняють оксиди, переводять їх у легкоплавкий шлак і захищають розплавлений метал від подальшого окислення (табл. 4.1).

Таблиця 4.1 – Флюси для газового зварювання міді і її сплавів

Номер флюса	Вміст компонентів по масі, %
	Бура прогар-тована	Борна кислота	Калій фосфорно-кислий	Кварце-вий пісок	Древесне вугілля	Натрій хлористий	Вугле-кислий калій	Кальцій фтористий
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	100 - 50 75 50 50 70 56 20 21	- 100 50 25 35 - 10 - 80 70	- - - - 15 15 - - - -	- - - - - 15 - - - -	- - - - - 20 - - - -	- - - - - - 20 22 - -	- - - - - - - 22 - -	- - - - - - - - - 9

Деталі збираються у нижньому положені з розтащуванням листів під кутом 7º - 10º до горизонталі для кращого заповнення розчищення. При збиранні треба застосовувати ковзні закріплення, прихватки допускаються у крайніх випадках, коли не можуть бути реалізовані перші.

В цьому випадку збирання виконується тим же присадним маталом, що і зварювання. Висота прихваток не повинна перебільшувати 1/3 глибини розчищення або катета шва, в цьому разі не потребується вирубки прихваток перед зварюванням. Це загальне правило.

Довжина прихватки рівняється товщині зварювального метала, а відстань між ними становить 15 – 20 товщинам при товщині метала до 10 мм і 6 – 8 товщинам для більш товстого метала. Перед прихватками метал підігрівається до визначеної темератури. У перервах між технологічними операціями виріб не можна охолоджувати нижче Т = 200 - 250ºС, інакше прихватки можуть зруйнуватися.

Флюс наноситься на зварювані кромки і присадний прут у вигляді пасти. Останню готують розведенням порошкоподібних сумішей в дистильованій воді або ж у спирті до кашеподібної маси.

Спочатку пальником під кутом 90º проводиться нагрівання зварюваних кромок, при необхідності застосовують ще один чи два пальника. Потім розплавляється присадний пруток як раз над місцем зварювання, утворюється загальна ванна, пальник встановлюється під кутом 30 - 40º нахилу до виробу, а присадний прут – під кутом 30 - 40º, ядро полум'я розташовується на відстані 6 – 10 мм від розплавленого метала. Зварювання ведеться відновлюваною зоною полум'я тільки в один прохід знизу-уверх на підйом лівим способом при товщині листів до 5 мм і правим способом – при більшій товщині. Під час зварювання періодично на кінчику дроту безпосередньо у зону зварювання додається флюс, безперервно рідкий метал перемішується дротом; останній майже не вилучається із зварювальної ванни. Після зварювання шов потребує проковки: при товщині листа до 4 мм – у холодному стані, при більших товщинах – при Т = 500ºС.

Газове зварювання міді товщиною більше 14 – 15 мм здійснюється у вертикальному положенні одночасно з обох боків двома зварниками. Після зварювання ділянки довжиною 80 – 150 мм її підігріваються до Т = 800 - 900ºС і проковують з обох боків пневматичними молотками з закругленими бойками для одержання дрібнозернистої структури метала шва і підвищення його пластичності.

Не допускається різке охолодження під дією протягів холодного повітря. Необхідно також зачистити шов 2%-вим розчином азотної або сірчаної кислоти і промити водою для вилучення залишків флюса. Для придання зварному з'єднанню більшої в'язкості після проковки шов і прилягаючу до нього зону термічного впливу треба нагріти до Т = 550 - 600ºС і швидко охолодити в воді.

Ручне дугове зварювання графітовим електродом використовується для метала товщиною до 15 мм, якщо для виготовлення виробу була прийнята нерозкислена мідь. При відповідному виборі присадного метала (бронзи Бр ОФ 9 – 0,3, БрКМц 3 – 1) і флюса можна одержати задовільну якість зварного з'єднання. Графітові електроди на 1/3 довжини мають заточку на конус з притупленням на робочому кінці 2 – 3 мм.

Мідь товщиною до 4 мм зварюється без розчищення кромок і без підігрівання, товщиною 4 – 12 мм з V – подібним розчищенням з кутом розкриття 70 - 90º і притупленням 2 - 3 мм і попереднім підігріванням до Т = 400 - 600ºС. Стикові з'єднання виконують на флюсовій подушці або графітовій підкладці з канавкою для формування шва із зворотного боку і зазором 1 – 3 мм (в залежності від товщини метала) на параметрах режима, наведених в табл. 4.2.

Таблиця 4.2 – Орієнтовні параметри режима зварювання стикових з'єднань міді графітовим електродом

Товщина метала, мм	dСе, мм	dприс, мм	Iзв, А	Uд, В
2	6 –7	3 – 4	125 – 200	40 – 45
5	8	4 – 5	200 – 350	40 – 50
8	10 – 12	6 – 8	300 – 450	40 – 50
13	15	8 – 10	500 – 700	40 – 50

Примітка: Зварювання ведеться на постійному струмі прямої полярності.

Зварювання міді ведеться довгою дугою, щоб запобігти шкідливого вливу на зварювальну ванну виділяючогося окису вуглецю. Перед зварюванням початок зварного шва підігрівається дугою без подачі присадного дроту. Після утворення рідкої ванни подається присадний дріт, зварювання ведеться на підйом при куті нахилу деталей 15 - 20º кутом вперед. Кут нахилу електроду до горизонталі 70 - 80º, а присадного прута 30 - 40º, так щоб його кінець був на відстані 5 – 6 мм від поверхні зварювальної ванни. Щоб її не охолоджувати, пруток не занурюється в ванну, процес ведеться з найбільш можливою швидкістю не нижче 0,25 м/хв, а дуга спрямовується тільки на рідку ванну і не виводиться на основний метал. Зварювання ведеться "лівим" або "правим" сособом. "Лівий" менш продуктивний, але зварнику зручніше спостерігати за зварювальною ванною і вилучати кінцем прутка шлаки. Необхідно, щоб одержані шви по ширині перекривали розчищення на 1 – 2 мм на бік, а підсилення швів було в межах 2 – 4 мм в залежності від товщини метала.

Механічні властивості – щільність і суцільність, а також корозійна стійкість таких зварних швів є достатньо високими.

Ручне дугове зварювання плавким покритим електродом виконується для поєднання метала малих, середніх і великих товщин.

Мідь товщиною до 4 мм зварюється без розчищення, до 10 мм – з однобічним V - одібним розчищенням з кутом 60 - 70º і притупленням 1,5 – 3 мм; при більших товщинах рекомендується двобічне Х – подібне розчищення.

Використовуються електроди марок "Комсомолець - 100", ОЗБ із стержнем з міді М1 і ЗТ з бронзовим стержнем КМц 3-1 , а також електроди марок ОК 94.25* (наплавлений метал типу олов'янистої бронзи) і ОК 94.55 (наплавлений метал типу кремне-марганцевої бронзи) на параметрах режиму, наведених в табл. 4.3. Розроблені в ІЕЗ ім. Є.О. Патона електроди марки АНЦ–1, АНЦ–2, АНЦ–3 і ОЗМ–3, завдяки екзотермічним компонентам в покритті забезпечують можливість зварювання метала без підігрівання товщиною до 15 мм.

Зварювальний струм для цих електродів становить 85 – 100А на 1 мм діаметра електрода при напрузі на дузі 45 – 50В.

*Виріб фірми ESAB, Швеція

Таблиця 4.3 – Орієнтовні параметри режима зварювання стикових з'єднань міді покритими електродами

Товщина металу, мм	dе, мм	Iзв, А	Uд, В	Т підігріву, ºС
2	3	140 – 180	25 – 27	-
3	3 – 4	160 – 200	25 – 27	-
4	4 – 5	220 – 270	25 – 27	220 – 250
5	5	300 – 350	25 – 27	220 – 250
6	5	330 – 380	26 – 28	250 – 280
7	5 – 6	350 – 400	26 – 28	280 – 300
8	6	380 – 420	28 – 30	300 – 320
10	8	420 - 500	28 - 30	300 - 350

Примітка: Зварювання ведеться на постійному струмі зворотної полярності.

Зварювання ведеться напрохід короткою дугою із зворотно-поступальним рухом електрода, в нижньому положенні або на підйом, його починають і закінчують на виводних планках. По мірі виконання шва рекомендується вилучити прихватки. При обриві дуги необхідно вирубати кратер і тільки після цього продовжувати зварювання. При зварюванні різнотовщинних деталей дугу треба направляти на зварювану кромку більш товстої деталі, кутові і таврові з'єднання треба зварювати в положенні "човника". При використанні електродів "Комсомолець - 100" досягається рівноміцність основного металу і шва; електроди марки ЗТ забезпечують тільки 80% міцності шва, але електропровідність становить лише 20% цього показника для чистої міді.

Ручне дугове зварювання вольфрамовим електродом у захисних газах використовується для стикових з'єднань міді товщиною 1 – 20 мм, кутових – 1 – 10 мм і таврових 2 – 12 мм.

Особливо раціонально використовувати цей спосіб для зварювання однобічних швів з повним проваром кромок у всіх просторових положеннях. Виконуються стикові зварні шви для товщин 1 – 2 мм з відбортовкою двох кромок, а кутові – з відбортовкою однієї кромки; при зварюванні трубних конструкцій стикові однобічні шви "на вазі" без розчищення для товщин 3 – 5 мм, і з розчищенням однієї чи двох кромок для товщин 2,5 – 10 мм. Кути розчищення кромок V – подібних і Х – подібних розчищень лежать у межах 60 - 90º. Величина зазорів при зварюванні "на вазі" 1 – 3 мм, а на зйомних підкладках – 1 – 4 мм в залежності від товщини метала.

Як присадний пруток, використовується дріт марки БрКМц3-1 і МНЖКТ 5-1-0,2-0,2 згідно з ГОСТ 16130 – 90, а також спеціальні комплексно леговані дроти, вміщуючі ефективні розкислювачі МРзТБ 0,1-0,1-0,08 і МРзТЦрБ 0,1-0,1-0,1. Перед зварюванням необхідне попереднє підігрівання деталей до Т = 300 - 500ºС в залежності від товщини метала.

Зварювання ведеться на постійному струмі прямої полярності згідно з рекомендаціями, наведеними в табл. 4.4 – 4.5 і рис. 4.1.

Таблиця 4.4 - Орієнтовні параметри режима зварювання стикових з'єднань міді вольфрамовим електродом в аргоні

Товщина метала, мм	dwе, мм	dприс, мм	Iзв, А	QAr, л/хв	Число проходів (окрім підварю- вального)
1,2 – 1,51	2,5 – 3,0	1,6 – 2,0	120 - 150	7 – 8,5	1
2,5 – 3,01	3,0 – 4,0	2,5 – 3,0	220 - 240	8 – 9	1
102	4,0 – 5,0	3,0 – 5,0 6,0 3,0	Перший і другий проходи 200 – 350 Третій прохід 200 – 400 Підварювальний шов 250 - 350	7 – 8	3
122	4,0 – 5,0	3,0 –5,0 6,0 3,0	Перший і другий прохід 250 – 400 Третій і четвертий прохід 300 – 450 Підварювальний шов 250 - 350	8 – 10	4
193	5,0 – 6,0	3,0 5,0 6,0	Перший і другий проходи 250 – 400 Третій і четвертий проходи 250 – 450 П'ятий і шостий проходи 300 - 550	10 –12	6
253	5,0 – 6,0	3,0 5,0 6,0 6,0	Перший і другий проходи 250 – 400 Третій і четвертий проходи 300 – 450 П'ятий і шостий проходи 300 – 550 Сьомий і восьмий проходи 350 - 600	12 - 14	8

Примітки: 1 – без розчищення кромок

2 - V-подібне розчищення α = 70 - 90º

3 – Х-подібне розчищення α = 70 - 90º

Таблиця 4.5 - Орієнтовні параметри режима ручного дугового зварювання міді вольфрамовим електродом в захисних газах

Тип і умови виконання шва	Товщина метала, мм	dwе, мм	dприс, мм	Iзв, А	Захисний газ і його витрата, л/хв
Стиковий "на вазі"	1,0 – 1,5 2,0 – 3,0 4,0 – 5,0 6,0 – 7,0 8,0 – 10,0	3 3 – 4 4 – 5 5 5	1,6 – 2,0 2,0 –3,0 2,0 – 4,0 2,0 – 4,0 2,0 – 4,0	40 – 50 90 – 110 130 – 170 190 – 230 250 – 270	Аргон, 5 - 10
Стикові на підкладці, флюсовій подушці і кутові у з'єднаннях внапустку	1,0 – 1,5 2,0 – 3,0 4,0 – 5,0 6,0 – 7,0 8,0 – 10,0	3 3 – 4 4 – 5 5 5	1,6 – 2,0 2,0 –3,0 2,0 – 4,0 2,0 – 4,0 2,0 – 4,0	60 – 70 110 – 130 170 – 210 230 – 270 290 – 310
Кутові в інших з'єднаннях	2,5 3,0 4,0 5,0	3 – 4 3 – 4 4 – 5 4 – 5	2,0 –3,0 2,0 – 3,0 4,0 – 5,0 4,0 – 5,0	80 – 130 120 – 140 140 – 170 170 – 200	Азот особливо чистий, 10 - 15
	1,0 1,5 2,5	3	1,5 – 2,0 1,5 – 2,0 2,0 –3,0	50 – 60 60 – 80 100 – 120	Аргон, 5 - 10

Примітка: при зварюванні в аргоні U_д = 10 – 15В, в азоті – 30 – 35В.

Рисунок 4.1 – До вибору форми підготовки кромок, температури підігріву і параметрів режима зварювання міді вольфрамовим електродом

При імпульсно – дуговому зварюванні малих товщин без присадки можна одержати якісне зварне з'єднання, якщо імпульси подаються пачками з певною частотою, а зварювання ведеться на обертаючомуся диску діаметром 400 мм і товщиною 25 мм, який підтискається до деталей спеціальним пружинним механізмом. При наскрізному проплавленні на режимах, наведених в табл. 4.6, утворюється зварний шов з двобічною опуклістю 0,1 – 0,5 мм.

Таблиця 4.6 - Орієнтовні параметри режима імпульсно-дугового зварювання міді, легованої берилієм, на змінному струмі вольфрамовим електродом діаметром 3 мм

Тип з'єднання	Товщина метала, мм	Струм, А		Час, с		Частота пачок імпульсів, Гц
		імпульса	пауз	імпульса	паузи
Стикове	0,9 1,0 1,5 2,0 2,5	100 110 130 160 180	20 20 30 30 30	0,5 0,5 0,7 0,7 0,7	1,0 1,0 0,7 0,7 0,7	1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Внапустку	0,3 + 0,3 0,5 + 0,5 0,7 + 0,7 0,9 + 0,9 0,3 + 0,9 0,3 + 1,5 0,3 + 2,5 0,9 + 1,5 0,9 + 2,5	70 120 135 160 110 140 190 170 220	10 20 30 30 10 10 10 30 30	0,5 0,5 1,0 1,0 0,5 0,7 1,0 0,7 1,0	1,0 0,5 0,3 0,3 0,7 0,5 0,5 0,3 0,3	0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 1,5 1,5 1,5 1,5

Спочатку дуга запалюється на графітовій пластині, а потім переноситься на місце зварюваня, або за допомогою осцилятора безпосередньо на ньому. Зварювання кореневих валиків ведеться напрохід без поперечних коливань пальника, всі подальші валики – з плавними поперечними коливаннями. При зварюванні стикових з'єднань електрод тримається перпендикулярно до зварюваної поверхні, при кутових і таврових з'єднаннях (при однаковій товщині деталей) і внапустку – по бісектрисі кута. Якщо товщина деталей не однакова, дугу зміщують на більш товсту деталь, щоб більша частина тепла виділялась на ній.

Кінець зварювального дроту має завжди бути в зоні захисного газа, а сам він подається перпендикулярно по відношенню до електрода.

В процесі зварювання не можна торкатися вольфрамовим електродом до зварюваного металу чи зварювальної ванни. Якщо це трапилось, треба механічним шляхом вилучити це місце, знежирити і протерти чистим ганчір'ям, збудити дугу і продовжити зварювання. Наприкінці зварювання необхідно плавно загасити дугу, повільно переводячи пальник на раніше виконану ділянку шва і протягом 10 – 15 секунд захищати метал шва від окислення, після чого пальник відводиться, і подача газа припиняється. Заварювання кратера виконується без присадки, як було вказано вище. Кількість обривів дуги треба зводити до мінімума.

Зварювання кутових швів треба виконувати "у човник". Кожний валик очищається і оглядається перед накладенням подальшого, виявлені дефекти вилучаються. При зварюванні ділянками початок кожного подальшого валика зміщується по відношенню до попереднього на 10 – 15 мм. Саме зварювання треба вести безперервно, поки весь вузол не буде повністю заварений. У разі приварювання фланця до труби необхідно, щоб вісь вольфрамового електрода в кожний даний момент співпадала з площиною, яка проходить через вісь труби для кращого захисту шва.

Автоматичне зварювання міді вольфрамовим електродом використовується перш за все для зварювання кільцевих необертаємих стикових з'єднань на параметрах режима, наведених в табл. 4.7.

Таблиця 4.7 - Орієнтовні параметри режима автоматичного зварювання вольфрамовим електродом кільцевих швів мідних труб

Товщина метала, мм	dwе, мм	Iзв, А	Vзв, м/год	Число проходів
5 7	4 5	260 – 270 270 – 290	15 14	3 4

Примітки: 1. Напруга на дузі 10 – 11В.

2. Діаметр присадного дроту 1,6 мм при V_п.е. = 36 м/год.

3. Витрата гелія – 7 - 10 л/хв.

При установленні автомата на трубу відстань між соплом пальника і поверхнею труби не повинна перевищувати 6 мм, зварювальний присадний дріт треба направляти по дотичній до кола стика, а його кінець, щоб не торкався дна розчищення або поверхні попереднього шару на відстані 3 – 4 мм від точки торкання вольфрамового електрода.

Відхилення електрода від лінії стика має бути не більше 0,5 мм, а його вісь має співпадати з віссю труби.

Перед початком зварювання продуваються шланги і пальник гелієм, а порожнину труби заповнюється гелієм. При наявності зазора запалюється дуга на прихватці і проводить підігрівання початкової ділянки довжиною 10 - 20 мм без подачі електродного дроту. Ця ділянка має бути розташована у стельовому положенні. Дріт подається після утворення рідкої зварювальної ванни. При виконанні кореневого шва електрод переміщується над лінією стика, а присадний дріт по лінії стика з відхилом від осі в бік не більше 0,5 мм. При заповненні розчищення зварник зміщує електрод і присадний дріт почергово до скосів розчищення, в залежності від розташування, і формування попереднього валика. При наявності його зміщення шов на цій ділянці переплавляється без подачі присадки. Початок кожного валика слід перекривати на 10 – 20 мм. Час гасіння дуги – не менше 5 секунд, але після зупинки автомата гелій ще подається у пальник протягом 10 – 15с.

При автоматичному зварюванні, якщо вживається азот особливо чистий, в якості присадки застосовується тільки сплав МНЖКТ 5-1-0,2-0,2, а процес іде при більшій, майже в 2 – 2,5 рази, довжині дуги (табл. 4.8).

Таблиця 4.8 - Орієнтовні параметри режима автоматичного зварювання стикових з'єднань міді вольфрамовим електродом у захисних газах

Товщина метала, мм	dwе, мм	dприс, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год	Qгаза, л/хв	Число проходів
Зварювання в аргоні
2	2	1,5	100 – 120	10 – 14	25 – 30	10 – 12	1
3	3	1,5	200 – 220	11 – 15	25 – 30	12 – 14	1
4	4	1,5	380 – 400	12 – 16	30 – 35	12 – 14	2
Зварювання в азоті
2	2	1,5	70 – 90	20 – 24	20 – 22	16 – 18	1
4	3	1,5	180 – 200	24 – 28	18 – 20	18 – 20	2
6	3 – 4	1,5	260 – 280	26 – 30	16 – 18	20 – 22	3
8	4 – 5	1,5	380 – 400	30 – 35	12 – 14	20 – 22	5
10	4 – 5	1,5	400 – 420	31 – 36	12 – 14	22 – 24	6

Плазмове зварювання дозволяє здійснювати велике концентроване тепловкладення в зварювані кромки, завдяки чому можна зварювати стикові з'єднання великих товщин до 60 мм без розчищення кромок. За один прохід, при більших товщинах, виконується двобічне зварювання. Плазмоутворюючим газом є суміш аргона і гелія, а для захисту зварювальної ванни і доброго формування шва використовують флюс, наприклад, марки АН – 26С. Для зварювання застосовується спеціальний порошковий дріт марки ПП – Бр ХТ – 12 – 2 з розкислюючими і легуючими елементами. Завдяки цьому не утворюються кристалізаційні тріщини, і збільшується деформаційна здатність зварних з'єднань при зварюванні на відповідних режимах (табл. 4.9).

Таблиця 4.9 - Орієнтовні параметри режима автоматичного плазмового зварювання міді

Тип шва	Товщина метала, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год	Витрата газа, л/хв
					Ar	He
Однобічний	20 30 40	940 – 1050 1200 – 1300 1270 – 1380	44 – 46 50 – 52 50 – 54	3,2 – 4,0 2,2 – 2,4 2,0 – 2,2	5,5 5,5 7,5	22 24 26
Двобічний	40 60 80	1150 1380 – 1400 1480	48 – 52 50 – 54 52 – 56	2,8 – 3,0 1,8 – 2,0 1,2 – 1,4	5,5 7,5 11	24 26 30

При плазмовому зварюванні міді для зменшення ширини шва треба підвищувати витрату плазмоутворюючого газа, заглиблювати електрод в соплі і зменшувати струм і величину зазора в стику. Для збільшення глибини провару на додаток до вищенаведенного треба зменшувати відстань від торця сопла до виробу. Програмоване змінювання параметрів режима плазмового приварювання фланців з бронзи Бр Х 0,7 в корпус циліндричного мідного кристалізатора виглядає таким чином. Зварювання ведеться "в човник", плазмоутворюючим газом на початку процеса був аргон, запалювали дугу між вольфрамовим електродом діаметром 8 мм і виробом на струмі 250 – 300 А, потім збільшували його до 600 – 650 А при напрузі 60 – 62 В, а до аргону додавали гелій і при їх співвідношенні 50/50% з загальною витратою 7 - 8 л/хв протягом 10 – 12 хв підігрівали циліндр до утворення рідкої зварювальної ванни. Після цього присаджували дріт марки Бр КМц 3 – 1 діаметром 2 мм з V_п.е = 90 м/год задавали швидкість зварювання 6 м/год, і по виконанні повного обертання на 30 – 40 мм перекривали шов, знижуючи струм до 250 – 300 А і прибираючи подачу газа. Така ступінчаста схема введення тепла дуже корисна для зварювання міді великих товщин 30 – 60 мм. Вона може бути реалізованна також при застосуванні трьохдугового плазмотрона, в якому перша і третя дуга горить між вольфрамовими електродами на струмах 600 А і 750 А відповідно,а друга горить між присадним дротом марки Бр КМц 3 – 1 діаметром 2 мм на струмі 450 – 500 А. Струм першої дуги проплавляє верхній шар на 1/3 товщини, дуга плавкого електрода горить в глибині розплавленного метала, збільшуючи провар до 1/2 товщини, а третя проплавляє метал до кінця, причому все це здійснюється в загальній зварювальній ванні довжиною 100 – 170 мм. Кожна дуга живиться від свого джерела. Витрата плазмоутворюючого газа становить 12 - 15 л/хв, для захисту плавильного простору використовується суміш флюсів марок АН – 26 і АН – 60, яка наноситься шаром 15 – 20 мм. Зварювання ведеться за один прохід без розчищення кромок і підігрівання на швидкості у 1,5 – 2 рази більшій, ніж при однодуговому процесі.

Дуже ефективним є використання мікроплазмового зварювання тонкостінних труб з міді і мідних сплавів, де зварне з'єднання здійснюється встик без розчищення кромок. Як плазмоутворюючий газ, вживається аргон, а захисним газом є гелій (табл. 4.10)

Таблиця 4.10 - Орієнтовні параметри режима автоматичного мікроплазмового зварювання тонкостінних труб

Марка матеріала, розмір труби, мм	Iзв, А	Vзв, м/год	Витрата газа, л/хв
			Ar	He	Захист кореня шва
Мідь М1 6,0×0,5 Латунь Л63 8,8×0,3 Латунь Л90 8,8×0,3 Бронза БрБ2 8,8×0,3	29 26 29 26	60 140 110 90	0,5 0,4 0,4 0,2	1,5 1,7 1,4 1,5	0,4 0,2 0,3 0,3

Механізоване зварювання плавким електродом стикових з'єднань міді відпрацьовано для товщин 2 – 20 мм, кутових і таврових з'єднань – для товщин 2,5 – 20 мм, для з'єднань внапустку 2,5 – 18 мм. Для з'єднань з більшими товщинами і часто повторюючихся товстих швів при товщинах більше 10 мм доцільно використовувати плазмове зварювання. Мідь товщиною до 10 мм зварюють без розчищеня кромок, від 10 до 25 мм виконується V-подібне розчищення, а при товщині більше 25 мм – Х-подібне розчищення з притупленням 2 – 3 мм і кутом розкриття кромок 60 - 70º. Величина зазорів залежить від зварюваних товщин і при застосуванні залишаючихся підкладок шириною 15 – 20 мм і товщиною 2 – 3 мм (з розкисленої міді) становить 2 – 5 мм, для зйомних підкладок – 1,5 – 4 мм, для трубних конструкцій – 0 – 3 мм, для двобічного зварювання "на вазі" 0 – 4 мм. Зазори між залишаючимися підкладками і виробом для зварних з'єднань, контролюємих проникаючим випромінюванням мають бути не більше 0,2 мм в трубопроводах і 0,5 мм в інших конструкціях, а в неконтролюємих - не більше 1 мм.

Зварювання міді плавким електродом у середовищі захисних газів характеризується більшою продуктивністю у 2 – 3 рази порівняно з використанням неплавкого електрода, однак при цьому затруднено забезпечення стабільного горіння дуги і одержання безпористих зварних швів, особливо, при щільності струму більше 300 А/мм² в аргоні і 110 А/мм² в азоті. При зварюванні в суміші аргона з азотом (вміст по масі останього від 8 до 30%) процес іде досить стабільно, однак є значне розбризкування, яке зменшується при щільності струму 230 - 240 А/мм². При збільшенні цього показника до 300 А/мм² розбризкування ще більше зменшується, але в кратерах шва утворюються тріщини, особливо, у швах з жорсткими вузлами. Процес зварювання у чистому азоті досить стабільний, але розбризкування значно більше, ніж у розглянутому попередньо випадку. Зварювання міді можна здійснювати в аргоні, гелії і азоті; з метою економії аргона і підвищеня продуктивності при зварюванні великих товщин рекомендується використання газової суміші 70 – 80% Ar і 30 - 20% N₂, але найкраще формування досягається при зварюванні в аргоні і гелії. Як присадка, використовується дріт марки МНЖКТ 5 – 1 – 0,2 – 0,2, і лише тільки для конструкцій з малою жорсткістю слід вживати дріт з кремне – марганцевої бронзи БрКМц 3–1.

Для зварювання міді в середовищі аргона рекомендується використовувати мідні дроти марок OK Autrod 19.12* (0,2% Si, 0,2% Mn, 0,8% Sn, решта – Cu). Для напівавтоматичного зварювання діаметр зварювального дроту має бути не більшим 1,4 мм.

Перед початком процеса потребується підігрівання кромок до 200 - 500ºС. Зварювання ведеться на постійному струмі зворотної полярності, інші параметри режима можна вибрати, користуючись рис. 4.2. і табл. 4.11

* Виріб фірми ESAB, Швеція

Рисунок 4.2 – До вибору параметрів режима механізованого зварювання міді плавким електродом у захисних газах

Таблиця 4.11 - Орієнтовні параметри режима автоматичного зварювання міді плавким електродом в захисних газах

Товщина метала, мм	dе, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год	Захисний газ	Qг, л/хв
1 – 3	0,8 – 1,2	80 –150	20 – 25	25 – 35	Аргон + Азот	8 –10
5 – 6	1 – 1,6	250 – 320	24 – 27	20 – 25	Те саме	10 – 12
	1 – 1,4
8	2 – 3	350 – 550	32 – 37	18 – 22	Аргон	14 – 18
	1,6 – 3	300 – 500	32 – 38	18 – 22	Гелій	30 – 40
12 – 14	1,5 – 3	270 – 500	32 – 38	18 – 22	Гелій	30 – 40
	1,5 – 3	280 – 500	32 – 39	18 – 22	Азот	14 – 16
16 – 20	2 – 4	350 – 680	32 – 39	16 – 18	Аргон	14 – 18
	2 – 4	350 – 650	34 – 42	16 – 20	Гелій + Азот	25 – 35
22 – 28	3	550 – 600	34 – 36	12 – 16	Гелій + Азот	35 – 45

При азотно-дуговому зварюванні можна уникнути розбризкування метала, якщо процес вести зануреною дугою на параметрах режима, при яких досягається струминний переніс електродного метала; для дроту діаметром 2 мм - I_зв ≥ 220 А; U_д = 22 – 25 В; для дроту діаметром 3 мм - I_зв ≥ 350 А ; U_д = 24 – 28В.

Зварювання починається і закінчується на технологічних планках розміром 100×100 мм з формою розчищення і товщиною, як у основного метала. У разі вимушених зупинок кратер раніше виконаного шва після вирубки і зачищення парекривається на 15 – 30 мм. Зварювання виконується пальником, нахиленим кутом вперед на 10 - 15º від вертикалі; відстань від сопла пальника до зварюваного метала – 20 – 25 мм з довжиною дуги в межах 1 – 2 діаметра дроту. Щоб запобігти затікання метала, який відрізняється великою рідкотекучістю, під основу дуги і зменшенню проплавленю, зварювання ведеться на підйом з нахилом виробу на 4 - 6º. Кутові шви і з'єднання внапустку виконуються "у човник", як і при зварюванні неплавким електродом. Шви довжиною 500 – 700 мм виконуються за один прохід, довші зварюються зворотно-ступінчастим способом.

Зварювання під флюсом міді товщиною до 10 мм доцільно виконувати під стандартними плавленими флюсами АН-348А, ОСЦ-45, АН-20С, АН-26С або керамічним марки ЖМ-1; для більших товщин необхідно використовувати спеціальний флюс сухої грануляції АНМ-13, який має такий склад: SiO₂ – 32-36%; Al₂O₃ – 8-12%; MnО – 8-12%; Mn₂О₃ – 0,2-1,0%; MgO – 15-18%; TiO₂ – 0,7-1,5%; CaF₂ – 22-30%; CaO ≤ 6%; FeO ≤ 1%; P та S ≤ 0,1%.

Перед зварюванням кромки підготавлюються тільки механічним способом. Кути при V-подібному розчищенні складають 30º, притуплення 5 – 8 мм, а зазор має бути у межах 0 – 0,5 мм. Мідні технологічні (західні і вихідні) планки мають бути тієї ж товщини і таким же чином підготовлені, що і зварюваний метал, їх розмір – 75 мм ширини і 100 мм довжини. Зазор між ними і торцями виробу – не більше 1 мм, інакше в швах можливі тріщини.

Вибір марки зварювального дроту залежить від марки флюса, з яким він комбінується. Так при зварюванні під флюсами марок АН-348А, ОСЦ-45, АН-20С, АН-26С рекомендується застосовувати дроти марок М1, Бр КМц 3-1, Бр ОЦ 4-3, для керамічного флюса ЖМ-1 дроти марок М1, М2, М3, для флюса АНМ 13 – дроти М1, Бр ХТ 0,6-0,5. При збиранні за допомогою прихваток треба вживати той же самий дріт, що і для зварювання; якщо воно іде за допомогою автомата крок прихваток становить 300 – 400 мм при їх довжині 50 – 100 мм. Зварювання ведеться на постійному струмі зворотної полярності або на змінному струмі (табл. 4.12).

Таблиця 4.12 - Орієнтовні параметри режима автоматичного зварювання міді під флюсом

Тип з’єднання	Товщина метала, мм	Підготовка кромок	Рід струму, полярність	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год
Кутове	16 – 20 25 – 30	Односкісне	Постійний, зворотна	950 – 1000 1000 –1100	45 – 50 45 – 50	8 – 12 6 – 8
	35 – 40 45 – 50	V-подібне		1200 – 1400 1400 – 1600	48 – 55 48 – 55	4 – 6 3 – 3,5
Стикове	5 – 6 10 – 12 16 – 20	Без розчищення		500 – 550 700 – 800 850 – 1000 1000 – 1100 1200 – 1400	38 – 42 40 – 44 45 – 50 45 – 50 48 – 55	40 – 45 15 – 20 8 – 12 6 – 8 4 – 6
	25 – 30 35 – 40	V-подібне
	4 6 8 10	Без розчищення	Змінний	550 600 675 750	30 30 30 30	36 32 27 21

Примітка: Для зварювання заготовок товщиною до 10 мм діаметр дроту – 4 мм, товщиною 20 – 25 мм – 5мм. Для більших товщин застосовується дріт діаметром 6 мм або ведеться зварювання розщепленою дугою двома дротами діаметром 5 мм, розташованими поперек шва з відстанню між дротами 20 мм.

Зварювання починається на західній технологічній планці, шляхом збудженя дуги між електродом і виробом через мідну або латунну знежирену стружку.

При відсутності планки виріб на початку шва треба підігріти від стороннього джерела до Т = 200 - 300ºС, а зварювання починати на відстані 20 – 40 мм від кромки, щоб уникнути утворення поздовжньої тріщини. Зварювання ведеться на графітовій або флюсовій подушці за один прохід з повним проплавленням стикуємих кромок. Електротеплофізичні характеристики метала шва залежать від склада електродного дроту і марки флюса. Так, при застосуванні комбінації керамічного флюсу ЖМ – 1 і плавленного флюсу АНМ-13 з дротами М1 властивості зварного шва близькі з аналогічними показниками основного метала, а при застосуванні флюсів АН–348А, АН–20С, АН–26С і дрота БрКМц 3–1 ці показники різко змінюються: електричний опір збільшується, а телопровідність знижується.

Електрошлакове зварювання міді найбільш доцільно може бути використано при виготовленні виробів з великим перерізом без розчищення кромок з зазором 55 – 60 мм. Цей процес вимагає застосування збільшеної величини погонної енергії, що досягається використанням пластинчастого електрода для швів довжиною 1 – 1,5 м або плавкого мундштука для більш довгих швів. Необхідне тепловиділення і достатнє оплавлення поєднуємих кромок і рафінування метала зварного шва досягається вживанням спеціального легкоплавкого флюса марки АНМ-10 на основі фторидів лужноземельних металів: 50 – 70% NaF, 10–20% LiF, 10–20% CaF₂, 5 – 10% SiO₂, 3% CaO. Присадним матеріалом є мідні пластини того ж самого матеріала, що і основний метал, а також зварювальний дріт діаметром 3 мм марок БрКМц 3–1 і БрОЦ 4–3. В якості формуючих пристроїв використовуються графітові пластини. Зварювання мідних заготовок перерізом 140×160 мм ведеться пластинчастим електродом товщиною 18 мм на підвищених зварювальних струмах 8000–10000А, U_ш.в. = 40–50 В, а глибина шлакової ванни дорівнює 60–70 мм.

Особливістю цього процеса є уповільнення охолодження зони термічного впливу, що веде до росту зерна в ній, але завдяки благоприємному зростанню кристалітів при вертикальному зварюванні відсутня зона слабини, характерна для метала, звареного дуговим способом у нижньому положенні. Механічні властивості метала шва практично не відрізняються від цих показників для основного метала.

Електрошлаковий процес може бути використаний для наплавлення міді на сталеву заготовку у нижньому положенні, коли розігрів поверхні, що наплавляється, здійснюється шлаковою ванною з використанням неплавкого (графітового) електрода, а присадка плавиться за рахунок теплової енергії зварювальної ванни. Флюс марки АН – М10 попередньо розплавляється у тиглі, а потім утворений перегрітий шлак заливається в наплавлювану порожнину заготівки. Після сталаго електрошлакового процеса робиться затримка на заданих параметрах режима для нагрівання поверхневого шару наплавляємої зони до Т = 1100 - 1300ºС, при якій здійснюється теплохімічна обробка основного метала, необхідна для змочування твердої поверхні рідким розплавом. Потім в шлакову ванну вноситься невеликими порціями присадка у вигляді порошку, дрібної стружки або стрижнів. Кількість присадного матеріалу визначається, виходячи з розрахункової ваги наплавленного шару і припуска на механічну обробку. Після розплавленя присадного матеріала процес припиняється, застиглий шлак і формуючі устрої вилучаються, а одержана біметалева заготівка іде у подальшу роботу.

Електронно-променеве зварювання міді пов'язано з труднощами, обумовленими інтенсивним випарюванням метала у вакуумі при перегріванні вище температури плавлення і його високій теплопровідності. Завдяки висококонцентрованій потужності променя внаслідок втрат на випаровування прослаблюється переріз шва тонколистового метала, а при зварюванні метала великих товщин – є розбризкування метала і незадовільне формування зварного шва. Тому зварювання метала малих товщин виконується розфокусованим променем або пучком, який коливається, на параметрах режима, наведених в табл. 4.13.

Таблиця 4.13 - Орієнтовні параметри режима електронно-променевого зварювання міді

Товщина метала, мм	Iп, мА	Uп, кВ	Vзв, м/год
1 2 4 6	70 120 200 250	14 16 18 20	20 20 18 18

При зварюванні міді великих товщин застосовуються електронно-оптичні системи, які забезпечують рівномірність струму по перерізу пучка при великому тепловкладенню. Після зварювання цим способом одержується дрібнозерниста структура швів з механічними властивостями близькими до цих показників основного метала.

Електричне контактне зварювання міді затруднено внаслідок її великої електро і теплопровідності, а також вузького діапазона температур, в якому метал може зварюватися тиском. Для одержання чистої контактної поверхні заготівок застосовується механічне очищення, а також травлення у тетрахлорметані або розчині каустичної соди з подальшою промивкою в проточній воді. Розчинити плівку оксидів можна в сумішах: 10% розчин сірчаної кислоти з біхроматом натрія; сірчана кислота, фтористий алюміній і біхромат натрія.

Точкове і шовне зварювання міді потребує особливо жорстких режимів, використання теплових екранів із нержавіючої сталі (завтовшки 0,25 – 0,35 мм) між електродами та деталями або використання металокерамічних електродів (вставок) із молібдену чи вольфраму для зменшення стікання тепла в самі електроди. Таким чином приварюються мідні вироби діаметром 0,07 мм якорної обмотки з мідними колекторними ламелями електродвигунів (діаметр колектора 8,6 мм). Зварювання виконується на суцільній пластині вольфрамовим електродом з діаметром робочої частини 1 – 1,5 мм на зварювальному струмі 1 – 3,6 кА, Р_стиску = 10 – 80 даН. Місце зварюваня під час процеса обдувається повітрям або аргоном, в результаті нагріва до 500ºС ламель деформується і спресовує дріт.

Іншим способ одержання якісного точкового з'єднання мідних пластин товщиною 0,2; 0,5 і 1,0 мм є розміщення між ними під час зварювання порошкоподібного прошарка із самофлюсуючогося сплава ПГ – СР з високим питомим опором, що різко збільшує контактний опір. Прошарок розплавляється з подальшим витісненням продуктів на периферію; це інтенсифікує конвективне розігрівання основного метала в зоні зварювання. При цьому поверхневі плени, оксиди повністю руйнуються і перерозподіляються у рідкому металі, а нерозчинені в ньому сполуки концентруються на периферії розплава. Їх залишки нейтралізуються легуючими компонентами прошарка – марганцем, кремнієм і бором, забезпечуючи формування якісного ядра точки.

Перед зварюванням сплав ПГ – СР змішується з струмопровідними речовинами водою і гліцерином до пастоподібного стану і наноситься шпателем шаром товщиною до 0,3 мм. Саме зварювання ведеться на машині МТ – 1928 електродом діаметром 16 мм, заточеним на сферу радіусом 80 мм на параметрах режима: I_зв = 15 – 20 кА; t_імп = 0,3 – 0,5 с; t_кув = 0,2–0,4 с.

Шовне з'єднання виконується з напусткою листів, величина її вибирається згідно з табл. 1.48.

Стикове зварювання міді опором. Концентрований нагрів контактної зони і великі швидкості осадження (150–250 мм/с) виключають можливість знеміцнення метала і забезпечують високі пластичні і електричні властивості з'єднань при зварюванні на параметрах режима, наведених в табл. 4.14.

Таблиця 4.14 - Орієнтовні параметри режима стикового конденсаторного зварювання мідного дроту

Діаметр дроту, мм	Емність конденсаторів, мкФ	Напруга зарядки конденсаторів, В	Зусилля осадження, даН
1,6 2,0 2,8 3,0 3,2	260 380 380 540 550	900 1000 1400 1500 1500	1,4 1,4 1,5 1,6 1,8

Нагрівання мідного дроту при стиковому вільному зварюванні погіршує пластичність метала шва: внаслідок знеміцнення границь зерен при виділенні сірки, евтектики Cu + Cu₂O і утворень міжкристалевих тріщин. Крім того зростають розміри зерна, утворюються мікропори та інші мікронедосконалості кришталевої гратки. Якщо забезпечити примусове формування з'єднання в пластичному стані при нерівномірному всебічному стисненні, якість його значно покращується, особливо при зварюванні дротів різного діаметра на параметрах режима, наведених в табл. 1.54, 1.61 і 4.15.

Таблиця 4.15 - Орієнтовні параметри режима стикового, ударно дугового зварювання дротів

Метал дротів	Ємність конденсаторів, мкФ	Напруга зарядки конденсаторів, В	Опір розрядної мережі, Ом	Зусилля осаджування, даН	Енергія, що накопичується, Дж
Дроти Ø 0,5 мм
Мідь + мідь Мідь + нікель Нікель + нікель	100 100 180	450 500 700	0,5 0,5 1,0	0,17 0,35 0,35	10 12,5 44,2
Дроти Ø 1,0 мм
Мідь + мідь Мідь + нікель	200 – 280 200 – 380	1100 1200	0,5 1,0 – 1,8	2,1 1,75	170 144

Стикове зварювання міді оплавленням потребує особливої техніки, бо дуже важливо підтримувати на торцях зварюваних деталей шар рідкого метала, а також прогрівати їх на значну глибину для подальшлго осадження, яке краще проводити під струмом.

Установочну довжину вильота мідних деталей можна вибрати у межах 2 – 2,5 діаметрів зварюваних стрижнів, швидкість оплавлення має бути близькою 10 мм/с, а цикл зварювання - не більше 1 – 2 с. Інші параметри режима наведені в табл. 1.56, 4.16.

Таблиця 4.16 - Орієнтовні параметри режима стикового зварювання оплавленням заготівок з міді

Заготівка	Установочна довжина, мм	Питомий тиск осаджування, МПа	Iзв, А	Вторинна напруга, в
Прути Ø 10 мм Труба Ø 9,5×1,5 мм Полоса 45×10 мм	20 20 20	370 285 220	33 20 60	6 5 10

У твердій фазі мідь найкраще зварюється у холодному стані.

Холодне точкове зварювання міді принципово не відрізняється від зварювання алюмінія, але потребує значно більшого ступеня деформації для одержання провара. Пуансони для точкового зварювання міді мають ту ж саму форму, що і для алюмінія, але відрізняються по висоті, забезпечуючи більш глибоке занурення і периферійний провар.

Зварюваність міді в значній мірі залежить , як від її чистоти (марки) , так і попереднього стану – наклепаного або відпаленого, та в усіх випадках розкид у показниках зварюваності може бути значним. Задовільною може вважатися зварюваність на рівні 11-14%, при якій не утворюються непровари (табл. 4.17).

Таблиця 4.17 – Орієнтовні параметри режима холодного точкового зварювання міді

Марка і товщина, мм	Форма і розмір пуансонів, мм	Р, кН	S, %	Спосіб обробки заготовки
М1; 1,0 М1; 1,0 М2; 1,5 М2; 1,5 М2; 1,5 М2; 2,0 М2; 2,0 М2; 3,0 М2; 3,0 М2; 4,0 М2; 4,0 М2; 5,0 М2; 5,0 М2; 2,0 М2; 3,0 М2; 4,0 М2; 5,0	Прямокутний 1,2х1,2; h1 = 0,88 Те ж саме Прямокутний 1х10; h1 = 1,3 Прямокутний 2х10; h1 = 1,3 Прямокутний 3х10; h1 = 1,3 Прямокутний 2х12; h1 = 1,76 Те ж саме Прямокутний 3х12; h1 = 2,65 Те ж саме Прямокутний 4х12; h1 = 3,56 Те ж саме Прямокутний 5х12; h1 = 4,45 Те ж саме Круглий d = 4,0; h1 = 1,76 Круглий d = 5,0; h1 = 2,65 Круглий d = 6,5; h1 = 3,66 Круглий d = 8,0; h1 = 4,54	24,5 19,6 17,0 36,0 55,0 42,0 31,5 56,7 42,8 97,6 87,0 132,0 114,0 24,5 41,0 91,0 120,0	12,0 12,0 13,3 13,3 13,3 12,0 12,0 11,5 11,5 11,0 11,0 11,0 11,0 12,0 11,5 11,0 11,0	Без обробки Відпал Без обробки Те ж саме - Без обробки Відпал Без обробки Відпал Без обробки Відпал Без обробки Відпал Те ж саме - - -

При точковому зварюванні міді у зв’язку з її глибоким деформуванням виникає значне короблення, тому при зварюванні поодинокими точками подальша точка може зруйнувати попередню. Тому необхідно виконувати одночасну групу точок або попередньо обтискувати зону зварювання в спеціальних пристроях. Оптимальна зварюваність досягається при ширині прямокутних пуансонів близькій до товщини зварюваних листів або діаметрі круглих пуансонів має дорівнювати двом товщинам зварюваних листів. Тому треба використовувати вузькі прямокутні чи еліптичні пуансони, інтенсивно деформуючи місце зварювання і більш рівномірно передаючи на нього питомі тиски без значного короблення виробу. Попередній відпал міді дозволяє одержати показники зварюваності на рівні наклепаного метала, але із значно меншими зусиллями стиску.

Холодне стикове зварювання міді потребує більших зусиль осаджування і затиску порівняно з алюмінієм. Максимальні питомі тиски при цьому сягають 2200-3500 МПа, тому для забезпечення достатніх зусиль затиску, особливо, при зварюванні деталей з великим перерізом треба застосовувати механізми жорсткої клинової системи з попереднім торцовим притиском клинів і рифленням притискаючих частин.

В залежності від діаметра і ступеня наклепа міді припуск на зварювання складає 1,25–1,75 діаметра. Зварювання сильно наклепаної міді краще проводити з подвійним осаджуванням; надійний провар можна одержати також з попередньою посадкою кінців деталі (тоді l₁ = l₂ = (2,0-2,2)d) або обтискуючих кілець (тоді l₁ = l₂ = (1,85-2,5)d). Попередній відпал міді зменшує зусилля осаджування і припуск на зварювання, значно полегшуючи зварюваність. Задовільна якість зварних з’єднань отримується при веденні процеса зварювання на режимах, наведених в табл.1.69, 1.70 і 4.18.

Таблиця 4.18 – Орієнтовні параметри режима холодного стикового зварювання мідних проводів

d, мм	l1 + l2, мм	Вид обробки проводів	Рос, кН
0,8 0,8 1,6 1,6 2,5 2,5 3,0 3,0 3,5 3,5 4,0 4,0 5,0 8,0	1,1+1,1 1,0+1,0 2,3+2,3 2,1+2,1 3,7+3,7 3,5+3,5 4,2+4,2 4,0+4,0 5,1+5,1 4,8+4,8 5,5+5,5 5,2+5,2 6,5+6,5 10,5+10,5	Наклеп Відпал Наклеп Відпал Наклеп Відпал Наклеп Відпал Наклеп Відпал Наклеп Відпал Наклеп Наклеп	6,5 5 15 13 33 27 46 32 43 39 52 49 90 195

Примітка: Надлишок зусилля осадження сприймається упорами

При зварюванні деталей з великими перерізами треба керуватися рекомендаціями, наведеними раніше для холодного стикового зварювання алюмінія і його сплавів і даними табл. 1.69.

Холодне зварювання мідних проводів внапустку виконується з урахуванням рекомендацій щодо вибора параметрів режима, наведених в табл. 1.70, а точкове зварювання проводів з міді виконується тими ж самими пристроями, що і алюмінієвих. Зварюваність мідних точкових з’єднань становить лише 10-11%, при відпалі міді вона покращується, так що міцність дорівнює міцності цілого дроту.

При холодному тавровому з’єднанні мідних шин глибина вдавлювання пуансона в мідь становить 0,8-0,9 товщини шини, пуансон має тіж самі форми, що і приварюваний відвід. Діаметр круглого або товщина прямокутного пуансона становить 1,25 – 2,0 відповідного розміра відвода.

Холодне зварювання міді зсувом виконується за тією ж самою схемою, що і алюмінія, задовільна якість зварних з’єднань забезпечується тими ж самими технологічними прийомами, що і при зварюванні алюмінія, на параметрах режима, наведених в табл. 4.19.

Таблиця 4.19 – Орієнтовні параметри режима холодного зварювання зсувом мідних штабів при куті зсуву 7°

Переріз штабів, мм	lн, мм	∆ l1, мм	No	N	T
			кН
1х25 2х25 3х30 4х40	20 25 30 40	5 6,5 7,5 8,5	1 2,1 3,7 6,8	49 55 95 120	66 78 130 170

Примітка: l_н – величина напустки.

Зварювання тертям виконується на параметрах режима, наведених в табл. 4.20.

Таблиця 4.20 - Орієнтовні параметри режима стикового зварювання тертям міді і її сплавів

Зварювані матеріали	Діаметр стрижня, мм	Відносна швидкість обертання, об/хв	Питомий тиск, МПа		Величина осадження, мм	Час зварювання, с
			При нагріванні	При куванні
Мідь + мідь Латунь Л62 + Л62 Мідь + алюміній АД1	40 16 8	920 2000 1350	35 35 25	35 35 150	20 6 – 7 -	30 3 10 - 20

Спосіб зварюваня тертям з переміщуваням може бути реалізований, як з метою зварювання міді і її сплавів, так і наплавлення на поверхню мідної пластини іншого мідного сплава. Так на пластину з міді М1 товщиною 20 мм наплавляли мідь, а присадка була у вигляді пластини товщиною 5 мм. Робочий інструмент простої форми з діаметром заплечика 25 мм виконаний із жароміцного сплава на основі вольфрама. Інші параметри режима n_обер = 900 - 1250 об/хв, V_зв = 50 - 70 мм/хв, кут нахилу інструмента 2 - 3º. Шляхом послідовного виконання прорізних швів можна одержувати наплавлений шар мідного сплава.

Дифузійне зварювання міді і її сплавів у вакуумі виконується для одержання вакуумно-щільних швів, а також різнорідних сполук на параметрах режима, наведених в табл. 4.21.

Таблиця 4.21 - Орієнтовні параметри режима дифузійного зварювання міді і її сплавів в вакуумі

Зварювані матеріали	Т, ºС	Р, МПа	t, хв
Мідь + мідь Мідь + мідь Латунь Л72 + Л72 Мідь + алюміній Мідь + АМц Мідь + нікель	880 800 750 520 510 900	6 7 8 10 7 15	8 20 5 10 15 30

При зварюванні міді тиском з нагріванням у межах 100 - 700ºС і тиском 50 – 80 МПа вплив одного з цих параметрів на швидкість процеса підвищується із зростанням другого внаслідок зниження енергії активації повзучості міді.

Ультразвукове зварювання міді дозволяє одержати з'єднання з високою статичною міцністю на зрізання і відрив на рівні цих показників для основного метала, але при зменшенні крока між точками міцність зменшується внаслідок перешкодження взаємному переміщенню зварюваних деталей. Оптимальний крок між точками вибирається в залежності від властивостей зварюваного метала і його товщини. Спосіб дозволяє поєднувати тонкі і надтонкі деталі, наприклад, мідні дроти діаметром 0,3 мм, покриті лаковою ізоляцією приварювані до клемної коробки без зачищення ізоляції. Параметри режима точкового ультразвукового зварювання міді наведені в табл. 4.22.

Таблиця 4.22 - Орієнтовні параметри режима ультразвукового точкового зварювання міді

Товщина метала, мм	Зусилля в контакті, Н	Час дії коливань, с	Амплітуда пружних коливань, мк
0,5 1,0	640 785	1,5 2,0	20 22