книги / Сварка в машиностроении. Т. 2

садочный пруток из зоны защитного газа не рекомендуется во избежание насы­ щения его торца газами. Для ручной и автоматической сварки серебра исполь­ зуют серийные установки. Сопла горелок изготовляют из керамики или корро­ зионно-стойкой стали, так как медь образует с серебром, напыляемым на сопло при сварке, легкоплавкую эвтектику.

7. Рекомендуемые режимы сварки серебра вольфрамовым электродом на постоянном токе пря­ мой полярности

								о 2		s о
					И			О 2		о. о.
								ш		c c i
					0* »			о «
								Q . 2 Е		О.*!	*8
					=11	ШX		i l l		g §*
											* ч
					£ о	g	О.		2 *	” 11
								Д§>		s
					0-0				ta n	_ г cq О
								гч a	U Р	Rü ш
						Встык	с отбор­		GO—70		3 - 4
Рис. 5. Сварные стыковые сое­						товкой кромок
динения	биметалла		сталь—се­			Встык	без за­
ребро:
						зора на весу			120-130	2—3	4-5
/ — слой	из углеродистой			стали;
									150—ICO	3	G—7
2 — серебряный плакирующий слой;
3 — шов	из	углеродистой		стали;
4 — серебряная наплавка;				5 — се­
ребряная полоса, сваренная дав­					П р и м е ч а н и е . Средняя скорость свар­
лением
					ки 4—5 м/ч.
Сварку		серебра	производят в нижнем или				слегка	наклонном		положении.

Качественное формирование швов обеспечивается применением формирующих подкладок, особенно при автоматической сварке встык. Рекомендуемые режимы приведены в табл. 7. Сварные соединения в конструкциях из серебра обеспечивают предел прочности на растяжение 14—15 кге/мм* и угол загиба 180°. В химиче­ ском машиностроении для аппаратов, работающих в агрессивных средах при по­ вышенных температурах и давлениях, применяют биметаллические листы «низко­ углеродистая сталь — серебро». При сварке биметаллических листов выполнить шов плакирующего слоя наиболее сложно. Эта операция заключается в на­ плавке серебра на сталь и сварке серебра плакирующего слоя. Расплав серебра удовлетворительно смачивает сталь в водороде, в вакууме при предварительной очистке поверхности от окислов и адсорбированных газов или в присутствии флюсов, растворяющих окислы и содержащих поверхностно-активные вещества. Как правило, серебро на сталь наплавляют атомно-водородной сваркой, исполь­ зуя серебряную присадку.

Для обеспечения необходимой чистоты и плотности плакирующего слоя се­ ребра после сварки производят облицовку шва серебряной лентой толщиной 0,3— 1,0 мм. При этом используют сварку давлением при 700—800° С. На рис. 5 приве­ дено сварное соединение биметалла сталь — серебро.

СВАРКА МЕДИ И МЕДНЫХ СПЛАВОВ

Медь используют в химическом и энергетическом машиностроении ввиду высокой электро- и теплопроводности, высокой коррозионной стойкости в не­ которых агрессивных средах. Все эти свойства тем выше, чем выше чистота ме­ талла, что предъявляет особые требования к сварке изделий из чистой меди.

Сварка бронз и латуней имеет свои особенности, но свойства чистой меди в этих сплавах уже значительно утрачены.

Основные свойства. В промышленности используют медь различных марок в зависимости от чистоты по ГОСТ 859—66* (табл. 8).

Медь кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке с коор­ динационным числом k = 12 и стороной куба а = 3,6147 А. Полиморфизмом медь не обладает, фазовые превращения ее связаны с изменением агрегатного состоя­ ния: температура плавления 1083° С; удельная теплота плавления 48,7 кал/г; температура кипения 2596° С; удельная теплота кипения 1140 кал/ч. В зависи­ мости от обработки плотность меди (г/см3): 8,93 литой; 8,94 деформированной;

8,914 электролитической.		Коэффициент		линейного		расширения твердой			меди
при 20° С а =	16,4* 10~6 1/° С. Теплоемкость меди 0,09 кал/(г° С) при 20° С и мало
зависит от температуры. Теплопроводность меди очень высокая;								при 20° С коэф­
фициент теплопроводности		Х = 0,923 кал/(см*с*° С)				и зависит		от температуры:
Температура, °С	.-252,2		—200	-190	0		100	300	970
I , кал/(см-с.°С)		29,3	1,95	1,42	0,98		0,9	0,88	0,738

Медь обладает небольшой летучестью, но при температурах сварки ее лету­ честь будет уже значительной, что необходимо учитывать при разработке венти­

ляции сварочных		постов.
при	При 20° С удельное электрическое сопротивление меди р = 1,682 мкОм*см;
	повышении	температуры	удельное электрическое сопротивление растет
(при	970° С р =	9,6 мкОм*см);	при температуре плавления удельное электри­

ческое сопротивление жидкой меди более чем в 2 раза превышает удельное элек­ трическое сопротивление твердой меди. Электропроводность и теплопроводность меди резко изменяются при введении примесей даже в малых количествах.

Физико-механические свойства меди зависят от степени чистоты %и предвари­ тельной обработки металла (табл. 9).

Таким образом, мягкая отожженная медь представляет собой пластичный металл, в то время как медь, нагартованная после холодной пластической обра­ ботки (протяжки), значительно снижает свои пластические свойства.

Физико-химические свойства меди определяются ее положением в периоди­ ческой системе Д. И. Менделеева. Окисел меди — Си20 устойчив при высоких температурах, а окисел СиО — при низких:

CuO + Cu ;=:Cu20 .

Медь является пассивным металлом и не может растворяться в кислотах с выделением водорода. Реагирует с окислительными средами, например с азот­ ной кислотой, с выделением окислов азота (NO; N02).

Общие сведения по свариваемости. Инертная при обычных температурах медь при нагреве реагирует с кислородом, серой, фосфором и галогенами. С во­ дородом она образует неустойчивый гидрид СиН, с углеродом образует ацетиленистую медь Си2С2 (взрывчатую); с азотом медь не реагирует, что позволяет азот использовать как защитный газ для сварки чистой меди. Образование химиче­ ских соединений переменной валентности и растворимость этих соединений в жидкой меди приводит к довольно сложным диаграммам плавкости и к измене­ нию химического сродства в зависимости от фазового состояния.

Диаграмма плавкости для системы медь—кислород приведена на рис. 6. Медь в условиях сварки может окисляться за счет газовой атмосферы или за счет обменных реакций с компонентами флюсов или электродных покрытий. Сродство меди к кислороду возрастает при растворении закиси меди в жидкой меди, особенно сильно при малых концентрациях Си20 , и резко снижается до нормального при распаде жидкого раствора в процессе образования эвтектики Си—Си20 (рис. 6, б); Си20 как отдельная фаза легко восстанавливается до меди:

CU20 + 2H-^2CU + H20;

Cu20 -|- СО —>■2Си -{- СОг.

	8. Химический состав меди,		% (ГОСТ 859—66*)
		Содержание меди						Примеси, не более
	Марка
		не менее	Bi	Sb	As	Fe	Ni	Pb	Sn	S ;	! °		Zn	P	Ag	Всего
	МООбк	99.99	0,0005	0,001	0,001	0,001	0.001	0,001	0,001	0,002	0,001		0.001	0,0005	—	0.Q1
	МО	(медь+серебро)	0.001	0,002	0,002	0.004	0,002	0,004	0,002	6,004	___		0.004	___	0,003	0,05
	МОб	99$7	0.001	0.002	0,002	0.004	0,002	0,003	0,002	0»,004	0,001		0.003	0.002	0.003	0.03
	Ml	99.90	0.001	0.002	0,002	0,005	0.002	0,005	0.002	0,005	—		0.005	—	0,003	0.1
	M lp	99.90	0,001	0,002	0,002	0,005	0,002	0,005	0,002	0,005	—		0,005	0,005—0,006		o.i.
	М2	(медь+се^ебро)	0.002	0,005	0,01	0,5	0.2	0,01	0,05	< ш	0,08		-	-	-	0,3
		(медь-гсеребро)
	М2р		0,002	0,005	0,01	0,05	02	Ü.01	0,05	Q.01	-		—	0,013-0,060		0.3
		99.70
	М3	(медь+серебро)	0,003	0,05	0,05	0,05	0.4	0,05	0,05	6.01	0.1		-	-	-	0,5
		99,5
	МЗр	(медь-^серебро)	0.003	0.05	0,05	0,05	0,4	0,05	0,05	0,01	___		___	0,02—0,06	—	0.5
	М4	99’,0	0,005	0,2	0,2	0,1		0,3	—	0,02	0,15					1,0
	П р и м е ч а н и я : 1.		По соглашению сторон в меди марок МО и Ml содержание серебра									не	определяется.
	2. По требованию заводов по обработке цветных металлов катодная								медь марокМО		и Ml	поставляется с содержанием серы не
	более	0,003% .

3. По соглашению сторон, в полуфабрикатах, изготовляемых из слитков массой до 1000 кг, в меди марки Ml допускается со­ держание кислорода не более 0,06% , для слитков массой более 1000 кг — не более 0,.08%, для слитков специального назначения (на­ пример, для изготовления тонкой проволоки) — не более 0,04% и в меди марок М2 и М3 т- не более 0,07 и 0,08% соответст­ венно.

4. В меди марок М06 и M l, предназначенной для электротехнических целей,определяется только электропроводность (элек­ тросопротивление) и содержание свинца, висмута и кислорода.

-’.5. В катодной меди марок МО и Ml содержание кислорода и фосфора не нормируется и не определяется.

6. Для меди марок МООбк, М06 и M l, применяемой для электротехнических целей, удельное электрическое сопротивление проволоки при 20СС не должно превышать 0,01724 Ом • мм2/м [электропроводность не менее 58,0 м/(Ом •мм2)].'

7. Содержание фосфора в меди марок М1р, М2р и МЗр, указанное в минимальных, и максимальных пределах, устанавливается по^:соглашению сторон.

8. Требования к содержанию отдельных примесей в меди марки МООбк, не указанны е в стандарте* устанавливаются по со­ глашению сторон.

ю

о»

**

их и серебра >бериллия ,свинца ,меди Сварка

9. Медь toapoK МООбк и М06 должна изготовляться без применения металлических и неметаллических раскислителей. Допуска­ ется применение средств, защищающих металлическую ванну от окисления (уголь, генераторный газ, графит и т. д.).

сплавов

Газы, образующиеся в результате реакций, ис растворяются в твердой меди и нарушают металлическую связь между зернами, приводя к образованию тре- ш.ин — «водородная болезнь» меди. Твердые растворы меди с кислородом имеют исчезающе малые концентрации при низких температурах. Поэтому медь в про­ цессе сварки необходимо тщательно раскислять или вести сварку в среде инерт­

	ных защитных газов или в вакууме.					9. Физико-механические свойства меди
	Остаточные концентрации			раскислите-
	лей влияют на свойства			металла шва				Медь
	(электро проводность,		теплопровод-				Свойства
	ность, коррозионную		стойкость),		и			мягкая	твердая
	поэтому при сварке изделий из чистой
	меди задача раскисления металла шва					£ ,	кге/мм2	10 800
	решается с трудом.					а	, кге/мм2 .	24	—
	Диаграмма	плавкости системы				Ô; %		50	G
	медь — сера (рис.	7) напоминает рас­				Ф,	% ...............	75	35
	смотренную диаграмму		медь — кисло­			ат, кге/мм2 . •		7	38
						а п, кгс*м/см3		10-18	—
	род. Однако содержание .серы строго
						Твердость НВ		45	120
	регламентируется	ГОСТ		859—66*,	и
	ее присутствие в указанных концент­
	рациях существенно не отражается				на процессах сварки. Повышенные концент­

рации серы будут снижать стойкость металла к образованию горячих трещин. Коррозионная стойкость меди также снижается.

	°С	—р -------1------ [—
	т о		1	Ж идкость
		1Жидкость
	1300	4-2 жидких слоя
		12009	t a n 1C Жидкость
	1200			\ _ J ___ ___ 1г _
		7,5
	1100			~ 7700°
		{-Жидкость*СцоО\-¥		\ \
	т о	i	Х ~л
		Ü'I ши
		10 6 5 ' |		п у 1075'
		~Ж идкость* Си20 '		~Ж идкост ь+'
	300			+СиО Ç
	500	Си*Си20 —		Сиг О+СиО

т~ 375•

зоо

200

О

2 ,5

5

7 ,5 10 12 ,5 1 5 17 ,5 2 0 % 0

<0

Рис. 6. Диаграмма плавкости системы медь—кислород:

а — общий вид диаграммы; 6 — верхний левый угол

Водород влияет на качество сварных соединений из меди и ее сплавов, вызы­ вая пористость в металле шва и образование трещин. Гидрид меди в виде кри­ сталлов красно-коричневого цвета образуется при взаимодействие атомарного водорода с медью. Мольная теплота образования 5,12 ккал/моль, температура полной диссоциации 333,15 К. Разлагается водой, кислородом, серной и соляной кислотой, а также свободными галогенами (F2; CL; Br2; 12). Таким образом, в условиях сварки его образование мало вероятно, если вообще не исключено: Растворимость водорода в жидкой и твердой меди значительна. Водород раство­

1083 0J7

1000

1100

1

1102-1105•

1200

Д ва тидтих слоя

поо

•о

то

X

ряется в меди в соответствии с законом Сивертса и растворимость его зависит от температуры и парциального давления в газовой атмосфере при сварке. На рис. 8 приведена изобара растворимости водорода в меди и для сравнения дана изобара растворимости в железе. Растворимость водорода в меди в процессе кристаллизации изменяется относительно больше, чем растворимости в железе (почти в 2 раза); это приводит к тому, что при высокой скорости кристаллизации сварочной ванны при сварке меди, обладающей большой теплопроводностью, газ не успевает выделяться из металла, образуя поры, или, концентрируясь в микронесплошиостях, создает высокое давление, приводящее к нарушению металлической связи — образованию трещины. Если правильно разработана технология сварки и исключена возможность насыщения водородом сварочной ванны (сухие газы, прокаленные флюсы и т. д.), то не исключена возможность возникновения дефектов за счет водорода, находящегося в состоянии твердого раствора внедрения в основном металле.

°С

о

J

4?1,8 |—• —

V - 7 * т ? * ~

L+Сц. 5 II

Cu+Cu2S

О

\â

1130

. . ь

%

900	4	________ I________			20	°/oS
О		8	12	16
Рис. 7.	Диаграмма			плавкости		си­	Рис.	8. Изобары растворимости
стемы медь—сера							водорода в меди и железе (дав­
							ление	водорода р На = 1 кге/мм2)

Высокие температурные градиенты в зоне сварки вызывают термическую диффузию водорода, направленную против потока тепла, т. е. из основного ме­ талла к линии сплавления. Концентрация водорода на линии сплавления увели­ чивается, и коэффициент сегрегации водорода, зависящий от режима сварки (1Д; ÜCBÎ Ô), достигает больших значений. Таким образом, водород, содержащийся в основном металле, также может создавать дефекты в сварном соединении. По­ этому при сварке ответственных "изделий из меди, в которых необходима высо­ кая плотность металла, к основному металлу необходимо предъявлять жесткие требования по содержанию в нем водорода. Электрошлаковый переплав или ва­ куумная плавка значительно снижают содержание водорода в меди.

Растворимость водорода в меди зависит от содержания в ней кислорода, по­ нижающего растворимость водорода, но в то же время возникновение «водород­ ной болезни» не исключается. Компоненты, легирующие медь, также влияют на растворимость и содержание водорода в медных сплавах.

Влияние легирующих компонентов. Основными типами сплавов на основе меди являются латуни и бронзы. Составы сплавов на основе меди определяются:

ГОСТ 15527—70 — сплавы медно-цинковые (латуни), обрабатываемые дав­ лением;

ГОСТ 17711—72 — сплавы медно-цинковые (латуни) литейные; ГОСТ 493—54**— бронзы безоловянные; ГОСТ 18175—72 — бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением;

ГОСТ 5017—74 — бронзы оловянные, обрабатываемые давлением; ГОСТ 614—73 — бронзы оловянные в чушках; ГОСТ 613—65 — бронзы оловянные литейные.

Латуни и томпак являются в основном медно-цинковыми сплавами. Марка латуни определяется по содержанию меди. Например, латунь марки Л63 содер­ жит 63% Си и 37% Zn. О н и могут иметь сложный состав за счет легирования дру­ гими компонентами. Латунь и томпак содержат цинк в пределах a -твердого рас­ твора по диаграмме плавкости Си—Zn, т. е. до 38% Zn. Таким образохМ, латунь Л63 является предельным сплавом, сохраняющим структуру твердого раствора, а латунь Л60 с содержанием 40% цинка уже имеет р -фазу. В пределах а-твер- дого раствора свойства латуней монотонно изменяются, увеличивая прочность меди и снижая ее пластичность. Латуни обладают хорошей коррозионной стой­ костью, теряя ее только в аммиачной среде, так как аммиак, являясь активным лигандом при образовании комплексных соединений с медью и с цинком, разру­ шает защитные слои (аммиачное растрескивание). При больших содержаниях цинка образуются интерметаллиды (CuZn, CuZn2 и т. д.), резко изменяющие механические свойства медных сплавов. Сварка изделий из латуни сопровож­ дается потерей цинка ввиду его высокой летучести (температура кипения 907° С). Специальные латуни кроме цинка могут содержать железо, алюминий, кремний, никель и другие компоненты (ЛА77-2, ЛАЖ60-1-1 и т. д.).

Бронзы представляют собой сплавы меди с содержанием цинка не более 4—5%. Главными легирующими компонентами бронз являются А1, Mn, Si, Be, Sn, Сг. Бронзы могут иметь и сложный состав при легировании сразу несколь­ кими компонентами; например, бронза БрКМцЗ—1 содержит 3% Si и 1% Мп.

Бронзы оловянные содержат до 10% Sn, т. е. до	предельного	содержания
его в твердом растворе. Механические свойства бронз	изменяются	постепенно,

и с повышением предела прочности при растяжении наблюдается снижение пла­ стичности. Многокомпонентные бронзы кроме олова могут содержать фосфор (БрОФ6,5—0,4), цинк (БрОЦ4—3), свинец (БрОЦС4—4—4). Бронзы, содержа­ щие цинк и свинец, обладают высокими антифрикционными свойствами и упо­ требляются для подшипников скольжения. Наличие в составе бронз фосфора или свинца ухудшает их свариваемость, так как расширяется интервал кристал­ лизации за счет образования легкоплавких эвтектик.

Бронзы безоловянные алюминиевые обладают высокими механическими свой­ ствами и высокой коррозионной стойкостью. Содержание алюминия в них нахо­ дится в пределах a -твердого раствора (до 11,0% А1). Многокомпонентные алюми­ ниевые бронзы содержат железо (БрАЖ9—4), марганец (БрАЖМцЮ—3—1,5) и др. Сварка алюминиевых бронз затруднена образованием тугоплавкой окиси алюминия А120 3, что приводит к плохому формированию шва, загрязнению ме­ талла шва шлаковыми включениями. Требуется тщательная подготовка кромок под сварку или пайку.

Бронзы безоловянные марганцовистые обладают хорошими механическими свойствами, так как К10рганец, упрочняя медь, в меньшей степени снижает ее пластичность. Диаграмма плавкости Мп—Си представляет собою систему твердых растворов, но свыше 20% Мп в состав бронз не вводят, так как возникают до­ полнительные фазы за счет распада твердых растворов при низких температурах; при этом сплав теряет однофазное строение. Марганцовистые бронзы обладают хорошей коррозионной стойкостью и жаропрочностью. Свариваемость удовлетво­ рительная.

Бронзы безоловянные кремнистые имеют сложный состав и содержат допол­ нительно марганец (БрКМцЗ—1), никель и другие элементы. Диаграмма плав­ кости Si—Си сложная, а область a -твердого раствора заканчивается на 3,5% Si. Кремнистые бронзы обладают высокими механическими свойствами, высокой коррозионной стойкостью, большой износостойкостью, однако у них уже утра­ чена высокая тепло- и электропроводность меди. Эти бронзы хорошо свариваются, а иногда их можно сваривать и без защиты, так как в их составе находятся такие сильные раскислители, как кремний и марганец.

9 п/р, Акулова А. И., т. 2

Бронзы безоловянные хромистые представляют собой упрочненные сплавы меди с хорошими механическими свойствами (<тв = 26 -s- 28 кгс/мм2), но сохра­ няющие ценные физические свойства (злектро- и теплопроводность почти на уровне чистой меди). Хром образует с медью твердые растворы небольшой кон­ центрации (до 0,65% Сг), и обычная структура бронзы БрХ0,5 представляет собой a -твердый раствор хрома в меди и мелкие кристаллы хрома в результате распада твердого раствора. При больших концентрациях хрома его включения грубее, но при сварке бронзы БрХО',5 структура металла в зоне шва улучшается. Свариваемость хромистых бронз при надлежащей технологии хорошая.

Бронзы безоловянные бериллиевые представляют собой термически упрочняе­ мые сплавы, так как граница твердых растворов исчезает при 300° С. В упрочнен­

ном состоянии бронза

БрБ2 — немагнит­

6в,кес/нц2

ный

сплав,

обладающий механическими

свойствами,

соответствующими свойствам

стали; из него изготовляют пружины и

гибкие элементы. Обладает высокой кор­

розионной

стойкостью.

Сваривается

хо­

рошо,

но

при

сварке

следует организо­

вать усиленную вентиляцию и защиту

оператора-сварщика.

Медноникелевые сплавы (МН95-5) сва­

риваются хорошо, так как представляют

собой

неограниченные

твердые раство­

ры.

Возможна

повышенная

пористость,

так

как

никель,

растворяя

водород,

мо­

жет им

обогащать металл сварного шва.

Железо входит как компонент слож-

Рис. 9.

Изменение

механических

нолегироваиных бронз и латуней. На сва­

риваемость существенно не влияет, так

свойств

меди и ее сплавов в зави­

как содержится в малых концентрациях.

симости

от температуры

Диаграмма

плавкости

железо—медь

сло­

жная

и

указывает на

образование двух

твердых растворов: медь в железе и железо в меди, а кроме того, имеется область ликвации в жидком состоянии. Сложность медно-железных сплавов начинает проявляться при наплавке меди на сталь и при сварке меди и ее сплавов с желе­ зом. Медь обладает высокой диффузионной способностью по границе зерен сталер и может глубоко проникать в приповерхностные слои. Повышение содержания углерода в стали препятствует этим процессам. Их также можно регулировать в процессе сварки, сокращая время пребывания меди и ее сплавов в жидком со­ стоянии.

Свинец и висмут резко ухудшают свариваемость меди и ее сплавов, образуя легкоплавкие эвтектики. В сплавах (ЛС63-3, БрОЦС4—4—4 и др.) свинец присут­ ствует в виде глобулярных включении, улучшая антифрикционные свойства. Сварку следует вести при жестком закреплении, освобождая изделия при охлаж­ дении ниже температуры ~300ü С.

Сера и фосфор ухудшают свариваемость медных сплавов. Хотя фосфор явля­ ется хорошим раскислителем для медных сплавов, его присутствия при сварке следует избегать. Влияние серы при сварке меди аналогично ее влиянию при сварке сталей.

Общие рекомендации по сварке. Общие вопросы свариваемости определяются влиянием термического цикла сварки на физические свойства металла — его прочность и пластичность. Для меди эти свойства будут также зависеть от сте­ пени ее чистоты. Так, медь, содержащая повышенную концентрацию водорода, может иметь провал пластичности (6) в интервале 350—450° С, который для чи­ стой меди обычно не регистрируется. На рис. 9 приведены температурные за­ висимости изменения прочностных свойств (ав; Ô) для чистой меди, латуни Л68 и бронзы БрХ0,5. В области высоких температур латунь Л68 подвергается раз-

упрочнению, в то время как бронза БрХ0,5 еще сохраняет значительную проч­ ность.

К сварным соединениям из чистой меди почти всегда предъявляют высокие требования по сохранению в металле сварных швов всегокомплекса физических свойств: электропроводности, теплопроводности, плотнббти и коррозионной стой­ кости, так как эти изделия работают в тяжелых условиях эксплуатации. Поэтому в процессе сварки медь не должна загрязняться какими-либо примесями, влияю­ щими на эти свойства. Особенно высокие требования предъявляются к сварке вакуум-плотных швов в изделиях электронной техники, в энергетических \ста-

новках, в узлах аппаратуры, работающей с внутренним	охлаждением. Меха­
нические свойства сварных соединений определяются	общими свойствами
меди.

Сварка чистой меди существенно отличается от сварки сталей. Большие тепло- и температуропроводность создают высокие градиенты температуры и скорости охлаждения, а также малое время пребывания сварочной ванны в жидком состоя­ нии. Это обусловливает необходимость применения повышенной погонной энер­ гии при сварке меди по сравнению со сталями или применения предварительного подогрева изделия, но последнее является нежелательным осложнением техно­ логии сварки. Значительный коэффициент линейного расширения и его зависи­ мость от температуры вызывают необходимость сварки при жестком закреплении изделия или по прихваткам. При большой толщине металла следует регулировать ширину зазора при сварке. Малое время существования сварочной ванны в жид­ ком состоянии ограничивает возможности ее металлургической обработки. В част­ ности, при раскислении меди требуются более активные раскислители, чем при сварке сталей, для снижения концентрации кислорода до допустимых пределов. Высокие градиенты температуры способствуют развитию термической диффузии водорода в зоне термического влияния, что приводит к обогащению водородом металла вблизи зоны сплавления и увеличивает вероятность возникновения де­ фектов (пор, трещин).

Высокая чувствительность меди к водороду должна учитываться при раз­ работке технологии сварки. Выбор технологического процесса сварки изделия в первую очередь определяется его назначением, сложностью (наличие коротких или криволинейных швов в различных пространственных положениях, трудно­ доступных мест), а также числом изготовляемых изделий (серия) и требованиями, предъявляемыми к их качеству.

К высокопроизводительным процессам относятся электродуговая сварка под флюсом плавящимся электродом, электрошлаковая сварка металла больших тол­ щин, и их следует использовать при серийном производстве или на заготовитель­ ных операциях. При соответствующей подготовке сварочных материалов (про­ калке флюса до 400—450° С) эти виды сварки обеспечивают хорошие результаты (защиту и малое загрязнение металла шва, относительно невысокие температур­ ные градиенты, снижающие влияние водорода).

При единичном производстве и ремонтных работах рекомендуется использо­ вать газовую сварку, в процессе которой осуществляется подогрев и начальная термическая обработка изделия. Невысокие температурные градиенты умень­ шают воздействие сварочного термического цикла на металл в зоне сварки (шов, зона термического влияния). Возможно раскисление и легирование металла через присадочную проволоку. Газовую сварку можно применять как для чистой меди, так и для ее сплавов.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами приводит к загрязнению ме­ талла шва легирующими компонентами, что нарушает физические свойства ме­ талла шва по сравнению с чистой медью. Сварка медных сплавов (бронз) идет удовлетворительно, но в латунях при этом теряется цинк за счет испарения и окисления.

Дуговую сварку в защитных газах, широко применяемую в сварочной технике, используют также для изготовления сварных изделий из меди и ее сплавов. Для сварки изделий из чистой меди чаще используют сварку неплавящимся

вольфрамовым электродом в среде аргона, гелия или азота. Защитные газы должны быть особо чистыми. Стойкость вольфрамового электрода в чистом азоте вполне удовлетворительная, и применение этого недефицитного и недорогого газа обеспе­ чивает значительный экономический эффект. Несмотря на применение защиты инертными газами, при сварке происходит окисление меди, и для ее раскисления следует применять микролегированные присадочные проволоки, содержащие сильные раскислители (титан, цирконий, бор, редкоземельные металлы). В ре­ зультате этого можно получить металл шва со свойствами на уровне чистой меди (Ml). Для сварки сплавов меди в защитных газах (Аг и Не) можно использовать присадочные проволоки, по составу совпадающие с основным металлом или со­ держащие небольшое количество раскислителей (Si и Мп). Сварку меди в среде защитных газов плавящимся электродом применяют реже, так как в этом случае капли электродного металла подвергаются существенному перегреву.

При сварке меди и ее сплавов электрической дугой в защитных газах в зоне сварки создаются высокие градиенты температур и, следовательно, условия для диффузии водорода в зоне термического влияния. При достаточном количестве водорода, растворенного в основном металле, вероятно возникновение дефектов (пор, трещин). Поэтому при сварке изделия из меди и ее сплавов следует контро­ лировать содержание водорода в основном металле, так как его содержание в зоне сплавления, учитывая коэффициенты сегрегации, может оказаться выше допусти-, мого. Выравнивание концентраций водорода, создавшихся в процессе сварки, воз­ можно в результате последующей термической обработки:

Медь можно сваривать в воздушной атмосфере без защиты, но в этом случае проволока должна содержать раскислители высоких концентраций, и металл шва, удовлетворяя по механическим свойствам, будет существенно отличаться от основного металла по тепло* и электропроводности.

Медь, как металл высокой пластичности, хорошо сваривается всеми видами сварки термомеханического класса, кроме контактной сварки, так как обладает малым переходным электрическим сопротивлением. Для приварки выводов из тонких медных проволок в изделиях электронной техники используют термо­ компрессионную сварку. Для более крупных изделий сложной конфигурации широко применяют диффузионную сварку в вакууме, позволяющую получать соединения меди не только с медью, но и с другими металлами и даже неметалли­ ческими материалами. Основным преимуществом диффузионной сварки в вакууме является отсутствие остаточных напряжений, если сваривают однородные мате­ риалы. В случае сварки разнородных металлов различие в коэффициентах ли­ нейного расширения соединяемых металлов может привести к7возникновению температурных напряжений.

Холодную сварку меди пластической деформацией сдвига или сдавливания используют для сварки медных шин в энергетических установках. Она обес­ печивает удовлетворительное электрическое сопротивление сварных соеди­ нений.

Газовая сварка. Для меди используют ацетилено-кислородную сварку, обес­ печивающую наибольшую температуру ядра пламени. Газовая горелка — теп­ ловой источник малой сосредоточенности; поэтому поддержание нормальных размеров сварочной ванны затрудняется. Для изделия толщиной более 10 мм рекомендуется применять две горелки, из которых одна осуществляет подогрев, а вторая служит для сварки. При двусторонней сварке двумя горелками необ­

ходимость		подогрева		отпадает. Расход ацетилена (л/ч): г'с2н, = 150					ô при	ô <
<	10 мм;	иСчНа =	200 б при Ô >		10 мм; при двух		горелках	расход	ацетилена:
на	подогрев		=	150-г- 200 ô,	на сварку	оСяН. = Ю0 5.		Для сварки		меди
и бронз используют нормальное пламя
	v o					р =	v o	1,3 -5- 1,4 (с целью
P = ------=1,05-7-1,10, а для сварки латуней							--------— =
	"0.11,						"сан3

уменьшения потерь цинка).

Сварка меди и медных сплавов 26\

I г п .

Раскисление металла сварочной ванны, несмотря на защиту от окружающей среды продуктами сгорания, производится извлечением закиси меди флюсами или введением раскислителей через присадочную проволоку.

Сварочные флюсы для меди содержат соединения бооа (борная кислота, бор­ ный ангидрид, бура), которые растворяют закись образуя легкоплавкую эвтектику, и выводят ее в шлак. Кроме соединений бора, флюсы могут содержать фосфаты и галиды (табл. 10).

	Ю. Составы флюсов для сварки меди		и ее сплавов, %
	Компоненты				Флюсы
			1	2	3	4	5	6
	Борная кислота	НзВО*	100	100	50	25	35	56
	Бура безводная	Na2B4Ô 7	—		50	75	50
	Бифосфат натрия Na.HPO*		—	—	—	—	15	—
	Поташ безводный К2С 03		—	—	—	—	—	22
	Хлористый натрий NaCl							12
				■			“

Флюсы наносят на зачищенные и обезжиренные свариваемые кромки по 10— 12 мм на сторону. Дополнительно их можно вносить с помощью присадочного металла* на который наносят покрытие из компонентов флюса и жидкого стекла с добавками древесного угля (10—20%). При сварке алюминиевых бронз в состав

флюса надо вводить фториды и хлориды, растворяющие							А120 3,	который		полу­
чается при окислении алюминия в составе бронзы (табл.							11).
11. Флюсы для сварки алюминиевых бронз
		Содержание во						Содержание во
Компоненты		флюсах, %			Компоненты			флюсах, %
		1	2	3				1	2	3
Хлористый:		30	45	28	Фтористый:					8
натрий	NaCl				натрий	NaF		—	—
калий	КС1	45	30	50	калий	КF		7	15	—
литий	LiCl	15	10	14	Б «фосфат натрия Na2HPO*			3	—	—
Для сварки меди, н особенно для латуни, удобно применять газообразные
флюсы, разработанные		ВНИИавтогенмашем, представляющие собой азеотропный

раствор борнометилового эфира с метиловым спиртом. Пары этого раствора по­ ступают через флюсопитатель в горелку; пламя окрашивается в зеленый цвет

(спектральный	цвет В), органическая часть сгорает, а В20 3 взаимодействует
со сварочной	ванной.

При сварке изделия из чистой меди толщиной до 3—4 мм применяют прово­ локу из меди Ml или М2, так как медь не успевает существенно окисляться. При больших толщинах меди для сварки следует применять присадочную проволоку, легированную раскислителями (до 0,2% Р и 0,3% Si). Состав присадочной про­ волоки для сварки медных сплавов должен совпадать с составом основного ме­ талла. Применение раскислителей (Si, Mn, А1) не лимитируется так жестко, как при сварке меди. При сварке латуней для уменьшения потерь цинка в качестве присадочного металла следует применять кремнистую латунь (ЛК80-3). Проковка шва после сварки в холодном состоянии для меди толщиной до 4—5 мм повышает прочностные и пластические свойства. При большой толщине проковку ведут после подогрева до 400—300° С с последующим отжигом.