Сварочные работы. Практическое пособие

Сварка меди и ее сплавов

Температура плавления меди – 1083 °C, прочность – 25 кгс/мм². Ее теплопроводность в 6 раз выше, чем у стали, поэтому при сварке требуется дополнительный нагрев мощным источником теплоты. Медь пластична в холодном состоянии и очень хрупка при больших температурах, теряя одновременно и прочность. Отливки из меди имеют большую пористость и литейную усадку, поэтому литые детали из чистой меди не делают. Расплавленная медь хорошо растворяет газы, выделяя их при затвердевании, и это вызывает пористость.

Нагретая медь легко поглощает водород, порождающий так называемую водородную болезнь меди. Водород проникает на большую глубину и, взаимодействуя с закисью меди, восстанавливает ее по реакции Cu₂О + Н₂ = 2Сu ++ Н₂О. Нерастворимые в меди молекулы воды накапливаются внутри металла в больших количествах, и при кристаллизации возникают или трещины в уже остывших местах, или поры там, где металл еще жидкий. Большое внутреннее давление в порах после охлаждения разрывает металл, образуя множество микротрещин и делая металл непрочным. Для предупреждения этого следует снижать количество водорода в зоне сварки (прокалка электродов и флюсов, применение осушенных защитных газов; особенно хорошо действует азот).

Медь легко окисляется в расплавленном состоянии и образует с кислородом два окисла: закись меди Cu₂О и окись меди СuО. Закись меди имеет разную растворимость в жидком и твердом металле и температуру плавления 1064 °C, что ниже температуры плавления самой меди. Это приводит к неметаллическим включениям и снижает теплопроводность.

Более легкоплавкая эвтектика Cu₂О + Сu при затвердевании выпадает в последнюю очередь, располагается по границам кристаллов и в итоге приводит к образованию горячих (кристаллизационных) трещин. Качество такого сварного соединения невысокое. Поэтому предельное содержание кислорода в меди должно быть строго ограничено до 0,03 %, а в некоторых ответственных изделиях – до 0,01 %. Наилучшую свариваемость имеет электролитическая медь, содержащая не более 0,05 % примесей. На свариваемость меди также оказывают большое влияние примеси, входящие в ее состав (кислород, висмут, свинец, сера, фосфор, сурьма, мышьяк); особенно отрицательно влияют висмут и свинец.

Высокая теплопроводность меди заставляет применять при сварке высококонцентрированные источники нагрева, а иногда – предварительный и сопутствующий подогрев, так как даже тепла дуги для качественного прогрева металла не хватает. Высокий коэффициент линейного расширения требует принимать особые меры против деформации, в том числе необходимо минимизировать количество прихваток в узле.

Для меди и сплавов на ее основе могут быть использованы все основные способы сварки плавлением, но при этом надо четко представлять все перечисленные ее свойства и особенности поведения. Например, сварка меди газами – заменителями ацетилена не рекомендуется к применению из-за большого количества кислорода в пламени, который насыщает расплавленный металл кислородом, водородом и шлаковыми включениями.

Незначительное количество кислорода присутствует даже в очень чистой меди, но это практически неопасно, так как его молекулы распределяются вдоль волокон металла и слабо влияют на механические свойства меди. Но достаточно нагреть прокат для сварки, как вновь образуются крупные кристаллические зерна металла, по границам которых появляется кислородная эвтектика, снижая механические свойства меди. Восстановить эти свойства можно механической обработкой, т. е. пластическим деформированием в холодном состоянии (проковка, гибка, прокатка и т. п.).

Сварку меди выполняют только в нижнем положении шва следующими видами и способами:

● дуговая сварка угольным и металлическим плавящимся и неплавящимся электродом;

● газовая сварка ацетиленокислородным пламенем; в качестве защитной среды используются флюс, инертный по отношению к меди газ (азот, аргон), а также электродные покрытия.

При дуговой и газовой сварке по причине жидкотекучести и большой теплоотдачи меди применяют графитовые или стальные прокладки.