Анализ свариваемости сплавов на основе меди (М1) (стр. 5 из 5)

С увеличением толщины металла керамические флюсы становятся ограниченно пригодными, так как не обеспечивают требуемой плотности и необходимой пластичности соединения. Снизить пористость при сварке Cu позволила смесь, состоящая из 80% (по массе) флюса АН-26С и 20% флюса АН-20С. Лучшие результаты по плотности швов обеспечивает флюс сухой грануляции АН-М13 (ВТУ ИЭС 56Ф-72).

Автоматическую дуговую сварку под флюсом применяют для соединения меди со сталью. Сварка производится со смещением электрода на медь, практически без оплавления стали: расплавленная медь смачивает стальную кромку и соединение образуется за счет диффузии меди в сталь. Применяется специальная разделка кромок: скос только медной кромки под углом 45 град. с притуплением, равным половине толщины. Стыковое или угловое соединения собираются без зазора, расстояние оси электрода от края медной кромки составляет 0,65-0,75 толщины меди. Режим сварки такой же, как и при сварке медных соединений, но сварочный ток снижают до 15-20%. Сварные соединения медь - низкоуглеродистая сталь

обладают хорошими механическими свойствами.

Электрошлаковая сварка меди и ее сплавов.

Применяется для Cu больших толщин 30-55мм. Легирование шва осуществляют, применяя пластинчатые электроды соответствующего состава. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления меди, применяются легкоплавкие флюсы системы NaF-LiF-CaF2, которые обеспечивают устойчивый процесс, подогрев и плавление кромок на требуемую глубину, хррошее формирование шва и легкое удаление шлаковой корки. Особенностью режимов электрошлаковой сварки меди являются повышенные сварочные токи: I=800-1000 A ; U_д = 40-50 В, скорость подачи пластинчатого электрода 12-15 м/ч. Механические свойства металла шва мало отличаются от свойств основного металла.

Дуговая сварка в защитных газах.

Ручную, полуавтоматическую и автоматическую сварку Cu и ее сплавов можно производить плавящимся и неплавящимся электродом. Наиболее часто применяют сварку вольфрамовым электродом с подачей присадочного металла в виде проволоки непосредственно в зону дуги, узкой профилированной проставки, закладываемой в стык, или с применением технологического бурта на одной из стыкуемых деталей. Реже применяется сварка плавящимся электродом.

В качестве защитных газов используют азот особой чистоты по МРТУ 6-02-375-66, аргон сорта высший по ГОСТ 10157-79, гелий высшей категории качества марок А и Б по ТУ 51-940-80, а также их смеси в соотношении по объему 50-75% аргона.

При сварке в среде аргона плавящимся электродом процесс неустойчив, с трудом устанавливается стабильный струйный перенос металла в сварочной дуге. При сварке в среде азота эффективный и термический КПД дугового разряда выше, чем аргона и гелия. Глубина проплавления получается выше, но устойчивость дугового разряда в азоте ниже, чем в аргоне и гелии. Несмотря на высокую чистоту защитных газов, медь при сварке подвергается окислению и может возникать пористость, что определяет необходимость применения легированных присадочных и электродных проволок.

Сварку меди неплавящимся электродом осуществляют на постоянном токе прямой полярности. При сварке электрод располагают строго в плоскости стыка, наклон электрода 60-80°"углом назад". При сварке Cu толщиной более 4-5 мм рекомендуется подогрев до 300-400°.

Присадочные проволоки из чистой меди М1, М0 при сварке обеспечивают получение металла шва, по составу и физическим свойствам близкого к основному металлу, однако механические свойства сварного соединения понижены, наличие пористости уменьшает плотность металла шва. При введении в состав присадочных проволок раскислителей и легирующих компонентов механические свойства возрастают, но, как правило, тепло- и электропроводность металла шва, что в ряде случаев недопустимо. В таких случаях рекомендуются присадочные проволоки, легированные сильными раскислителями в микроколичествах, которые после сварки не остаются в составе твердых растворов, а переходят в свои соединения и образуют высокодисперсные шлаковые включения и поэтому не влияют на физические свойства металлов.

Составы присадочных проволок приведены в Табл.7., позволяет получить металл шва с физическими и механическими свойствами на уровне основного металла М1, коррозионная стойкость сварных соединений такая же, как у основного металла.

Табл.7. Марки присадочного металла для сварки меди и ее сплавов неплавящимся электродом. [2]

Свариваемость меди

Общие вопросы свариваемости определяются влиянием термического цикла сварки на физические свойства металла: его прочность и пластичность. Для Cuэти свойства будут зависеть от степени ее чистоты. Так, Cuс повышенной концентрацией водорода может иметь провал пластичности в интервале температур 350-450°С, который для чистой меди обычно не регистрируется.

Сварка чистой Cuсущественно отличается от сварки сталей в силу особенностей теплофизических свойств этих металлов. Большие тепло- и температуропроводности Cuсоздают высокие градиенты температуры и скорости охлаждения, а также определяют малое время существования сварочной ванны, что требует применения повышенной погонной энергии или предварительного подогрева, а это является нежелательным осложнением технологии сварки. Значительный коэффициент линейного расширения и его зависимость от температуры вызывают необходимость сварки при жестком закреплении кромок или по прихваткам. При большой толщине металла следует регулировать величину зазора при сварке. Малое время существования сварочной ванны в жидком состоянии ограничивает возможности ее металлургической обработки. В частности, при раскислении меди требуются более активные раскислители, чем при сварке сталей.

Особенностью сварки Cu и ее сплавов является склонность швов к образованию горячих трещин. Кислород, сурьма, висмут, сера и свинец образуют с медью легкоплавкие эвтектики, которые скапливаются по границам кристаллитов. Это требует ограничения содержания примесей в меди:

• O₂ – до 0,03 %
• Bi – до 0,003 %
• Sb – до 0,005 %
• Pb – до 0,03 %

Для ответственных конструкций содержание этих примесей должно быть еще ниже. Для особо ответственных изделий содержание O₂ должно быть значительно ниже – менее 0,003% (по массе). Содержание Sне должно превышать 0,1 % (по массе).

Вывод

Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Agповышают прочность и твердость меди и используются для легированных сплавов на медной основе. Нерастворимые элементы Pbи Niухудшают механические свойства меди и однофазных сплавов на ее основе. Образуя легкоплавкие эвтектики, располагающиеся по границам зерен основной фазы, они вызывают красноломкость. Висмут, будучи хрупким металлом, охрупчивает медь и ее сплавы. Свинец, обладая низкой прочностью, снижает прочность медных сплавов, однако вследствие хорошей пластичности не вызывает их охрупчивания. Кроме того, свинец улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием медных сплавов, поэтому его применяют для легирования. Нерастворимые элементы O,S, Se, Teприсутствуют в меди и ее сплавах в виде промежуточных фаз (например, Cu₂O, Cu₂S), которые образуют с медью эвтектики с высокой температурой плавления и не вызывают красноломкости. Кислород при отжиге меди в водороде вызывает «водородную болезнь», которая может привести к разрушению металла при обработке давлением или эксплуатации готовых деталей. Механические свойства меди в большей степени зависят от ее состояния и в меньшей от содержания примесей.

Медь обладает высокой технологичностью. Она прокатывается в тонкие листы и ленту, из нее получают тонкую проволоку, медь легко полируется, хорошо паяется и сваривается.

Список литературы

1. М.В.Мальцев «Металлография промышленных цветных металлов и сплавов» (2 изд. Изд-во «Металлургия», 1970, 364с.)
2. Справочник «Сварка и свариваемые материалы» (Том 1. Изд-во «Металлургия» 1991г.)
3. Теория сварочных процессов /Под ред. В.В. Фролова/. – М.:Высшая школа, 1988.-599 с.
4. Технология и оборудование сварки плавлением /Под ред. Г.Д. Никифорова/,-2-е изд. –М.: Машиностроение, 1986?/ - 320 c.
5. Технологические основы сварки и пайки в авиастроении. /Под ред. В.А. Фролова/. –М.:Интермет-инжиниринг, 2002. -456 с.
6. http://www.sak.ru/
7. «Материаловедение» учебник для ВУЗов /Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. Под общ. Ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. -3-е изд., переработ. И доп. – М.:Изд-во МГТУ им. Н.э. Баумана, 2001. – 648 с., ил.