бд,кгс/пп

Бронзы безоловянные хромистые представляют co6oii упрочненные сплавы меди с хорошими механическими свойствами (а = 26 28 кгс/мм-), но сохра-няюш,ие ценные физические свойства (электро- и теплопровод! ость почти на уровне чистой меди). Хром образует с медью твердые растьюры небольшой концентрации (до 0,65% Сг), и сбычная структура бронзы БрХ0,5 представляет собой а-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 БрХ0,5 структура металла в зоне шва улучшается. Свариваемость хромистых бронз при надлежащей технологии хорошая.

Бронзы безоловянные бериллиевые представляют собой термически упрочняемые сплавы, так как граница твердых растворов исчезает при 300° С. В упрочненном состоянии бронза БрБ2 - немагнитный сплав, обладающий механическими свойствами, соответствующими свойствам стали; из него изготовляют пружины и гибкие элементы. Обладает высокой коррозионной стойкостью. Сваривается хорошо, но при сварке следует организовать усиленную вентиляцию и защиту оператора-сварщика.

Медноникелевые сплавы (МН95-5) свариваются хорошо, так как представляют собой неограниченные твердые растворы. Возможна повышенная пористость, так как никель, растворяя водород, может им обогащать металл сварного шва.

Железо входит как компонент слож-нолегированных бронз и латуней. На свариваемость существенно не влияет, так как содержится в малых концентрациях. Диаграмма плавкости железо-медь сложная и указывает на образование двух твердых растворов: медь в железе и железо в меди, а кроме того, имеется область ликвации в жидком состоянии. Слол<:ность медно-железных сплавов начинает проявляться при наплавке меди на сталь и при сварке меди и ее сплавов с железом. Медь обладает высокой диффузионной способностью по границе зерен сталей 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 состоянии.

Свинец и висмут резко ухудшают свариваемость меди и ее сплавов, образуя легкоплавкие эвтектики. В сплавах (ЛС63-3, БрОЦС4--4-4 и др.) свинец присутствует в виде глобулярных включений, улучшая антифрикционные свойства. Сварку следует вести при жестком закреплении, освобождая изделия при охлаждении ниже температуры ----ЗОО С.

Сера и фосфор ухудшают свариваемость медных сплавов. Хотя фосфор является 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 степени ее чистоты. Так, медь, содержащая повышенную концентрацию водорода, может иметь провал пластичности (б) в интервале 350-450° С, который для чистой меди обычно не регистрируется. На рис. 9 приведены температурные зависимости изменения прочностных свойств (Oj,; б) для чистой меди, латуни Л68 и бронзы БрХ0,5. В области высоких температур латунь Л68 подвергается раз-

О 200 Ш 600 800 Т,°С

Рис. 9. Изменение механических свойств меди и ее сплавов в зависимости от температуры

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

К сварным соединениям из чистой меди почти всегда предъявляют высокие требования по сохранению в металле сварных швов всего комплекса физических свойств: электропроводности, теплопроводности, плотности и коррозионной стойкости, так как эти изделия работают в тяжелых условиях эксплуатации. Поэтому в процессе сварки медь не должна загрязняться какими-либо примесями, влияющими на эти свойства. Особенно высокие требования предъявляются к сварке вакуум-плотных швов в изделиях электронной техники, в энергетических установках, в узлах аппаратуры, работающей с внутренним охлаждением. Механические свойства сварных соединений определяются общими свойствами меди.

Сварка чистой меди существенно отличается от сварки сталей. Большие тепло-и температуропроводность создают высокие градиенты температуры и скоро:ти охлаждения, а также малое время пребывания сварочной ванны в жидком состоянии. Это обусловливает необходимость применения повышенной погонной энергии при сварке меди по сравнению со сталями или применения предварительного подогрева изделия, но последнее является нежелательным осложнением технологии сварки. Значительный коэффициент линейного расширения и его зависимость 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 жидком состоянии ограничивает возможности ее металлургической обработки. В частности, 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 дефектов (пор, трещин).

Высокая чувствительность меди к водороду должна учитываться при разработке технологии сварки. Выбор технологического процесса сварки изделия в первую очередь определяется его назначением, сложностью (наличие коротких или криволинейных швов в различных пространственных положениях, труднодоступных 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 толщин, и их следует использовать при серийном производстве или на заготовительных операциях. При соответствующей подготовке сварочных материалов (прокалке флюса до 400-450° С) эти виды сварки обеспечивают хорошие результаты (защиту и малое загрязнение металла шва, относительно невысокие температурные градиенты, снижающие влияние водорода).

При единичном производстве и ремонтных работах рекомендуется использовать газовую сварку, в процессе которой осуществляется подогрев и начальная термическая обработка изделия. Невысокие температурные градиенты уменьшают 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 покрытылш электродами приводит к загрязнению металла шва легирующими компонентами, что нарушает физические свойства металла 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 заиитных 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 обеспечивает значительный экономи .сский э(фект. Несмотря на применение защиты инертными газами, при сварке происходит окисление меди, и для ее раскисления следует применять микролегированиые присадочные проволоки, содержащие сильные раскислители (титан, цирконий, бор, редкоземельные мечаллы)- В результате 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 осиооным металлом или содержащие 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 контролировать содержание водорода в основном металле, так как его содержание в зоне сплавления, учитывая коэффициенты сегрегации, может оказаться выше допустимого. Выравнивание концентраций водорода, создавшихся в процессе сварки, возможно в результате последующей термической обработки.

Медь можно сваривать в во.здушной 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 термокомпрессионную сварку. Для более крупных изделий сложной конфигурации широко применяют диффузионную сварку в вакууме, позволяющую получать соединения меди ие тол1Жо с медью, но и с другими металлами и даже неметаллическими материалами. Остювным преимуществом диффузионной сварки в вакууме является отсутствие остаточных напряжений, если сваривают однородные материалы. В случае сварки разиород1Ш!х металлов различие в коэффициентах линейного расширения соединяемых металлов может привести к возникновению температурных напряжений.

Холодную сварку меди пластической деформацией сдвига или сдавливания используют для сварки медных шин в энергетических установках. Она обеспечивает удовлетворительное электрическое сопротивление сварных соединений.

Газовая сварка. Для меди используют ацетилено-кислородную сварку, обеспечивающую 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-хглимость подогрева отпадйег. Расход ацетилена (л/ч): Vqi = 150 6 при б< < 10 мм; сн. 00 6 при б > 10 мм; при двух горелках расход ацетилена: на подогрев ..Нз ~ 2С0 б, на сварку ~ 100 б. Для сварки меди

и бронз используют нормальное пламя

1,05-г- 1,10, а для сварки латуней

уменьшения потерь цинка).

: 1,3 -Ь 1,4 (с целью

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

Сваренные флюсы для меди содержат соединения бора (борная кислота, бор-Hbui ангидрид, бура), которые растворяют закись меди, образуя легкоплавкую эвтектику, и выводят ее в шлак. Кроме соединений бора, флюсы могут содержать фосфаты и г ал иды (табл. 10).

10. Составы флюсов для сварки меди и ее сплавов, %

Флюсы наносят на зачищенные и обезжиренные свариваемые кромки по 10- 12 мм на сторону. Дополнительно их можно виосить 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, растворяюиднс AlOj, который получается при окислении алюминия в составе бронзы (табл. И).

11. Флюсы для сварки алюминиевых бронз

Для сварки меди, и особенно для латуни, удобно применять газообразные флюсы, разработанные ВНИИавтогенмаше.м, представляющие собой азеотропный раствор борнометилового эфира с метиловы.м спиртом. Пары этого раствора поступают через флюсопитатель в горелку; пламя окрашивается в геленый цвет (спектральный цвет В), органическая часть сгорает, а В2О3 взаимодействует со сварочной ванной.

При сварке изделия из чистой меди толщиной до 3-4 мм применяют проволоку из меди Ml или М2, так как медь не успевает существенно окисляться. При больишх толщинах меди для сварки следует применять присадочную проволоку, легированную раскислителями (до 0,2% Р и 0,3% Si). Состав присадочной проволоки для сварки медных сплавов должен совпадать с составом основного металла. Применение раскислителей (Si, Мп, А1) не лимитируется так жестко, как при сварке меди. При сварке латуней для уменьшения потерь цинка в качестве присадочного металла следует применять кремнистую латунь (.ПК80-3). Проковка шва после cliapKH в холодном состоянии для меди толщиной до 4-5 мм повышает прочностные и пластические сво11Ства. При большой толщине проковку ведут после подогрева до 400-300° С с последующим отжигом.

Сварка меди угольным электродом. Сварку меди и ее сплавов осуществляют дугой, горящей между изделием и угольным электродом, или независимой дугой, горящей между двумя угольными электродами. Дуговой разряд является источником энергии при сварке. Все технологические приемы, составы флюсов, присадочного металла остаются такими же, как и при газовой сварке. Используя проволоку БрКМцЗ-1, можно вести сварку меди на воздухе. Полученные соединения удовлетворяют требования к механическим свойствам, но электро- и тепло-физические свойства будут резко снижены. Сварку меди и ее сплавов угольным электродом применяют редко, так как это малопроизводительный процесс.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Ручная электродуговая сварка электродами с покрытием позволяет получить удовлетворительные механические свойства сварных соединений, но состав металла шва будет существенно отличаться от состава основного металла из-за легирования раскислителями при сварке. Раскислители при сварке меди вводят в электродную проволоку и в электродное покрытие. Составы металлических стержней и покрытий приведены в табл. 12 и 13.

12. Химический состав (%) медных сплавов, используемых для электродных стержней

для изготовления проволок

Сухую шихту замешивают на жидком стекле (класс А), которое составляет 20-25% массы шихты. Технология соответствует технологии изготовления электродов основного типа. Механические свойства сварных соединений приведены в табл. 14. Тепло- и электропроводность сварных соединений значительно ниже, чем у чистой меди, особенно при сварке электродами из сплавов меди.

При сварке покрытыми электродами наблюдается сильное разбрызгивание. Металл шва часто содержит поры. Наиболее широкое применение гюлучили электроды с покрытием К-100 (завод Комсомолец ). При сварке меди и ее сплавов толщиной более 4-5 мм рекомендуется подогрев до 300-500° С. В последнее время московским электродным заводом разработаны новые электроды (ОМЗ-1, ТУ 14-16.8-17-76) для сварки меди. Они снижают легирование металла шва и повышают механические свойства сварного соединения по сравнению с ранее применявшимися электродами,

14. Механические свойства металла шва

15. Режимы сварки меди под флюсом угольным электродом (напряжение 19-20 В; ток 100 А)

Среднее содержание легируюгцих элементов: Мп<0,75%; Si <0,20%; Fe - следы. Механические свойства сварного соединения: 20 кгс/мм-;

б = 25%; а,1 = 5 кгс м/смК

Дуговая сварка под флюсом. Дуговую сварку меди и ее сплавов под флюсом можно осуществлять под слоем плавленого флюса неплавящимся угольным или графитовым электродом, плавящимся электродом и плавящимся электродом под слоем керамического флюса.

При сварке под флюсом угольным (графитизированным) электродом, электрод затачивают в виде плоской лопатки. Сборку под сварку производят с закладкой встык присадочного металла (латуни, томпака) для раскисления металла шва. Засыпают прокаленный флюс ОСЦ-45. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности; подогрев тока создается в результате замыкания электрода на изделие. Режимы сварки приведены в табл. 15.

Механические свойства металла шва, полученного на графитовой подкладке при сварке меди Ml толщиной 5 мм: = 18 19 кгс/мм; б = 25 - 33%.

Возможно дальнейшее упрочнение путем обкатки роликами. Сборка под сварку, смена и заточка угольных электродов снижают производительность сварки этого вида.

16. Физические свойства сварных швов пз меди

Металл

Основной .......

Электродный.....

Шва, сваренного под флюсом:

АН-20 ......

АН-348А.....

АН-М1......

0.0171 0,0176

0,0191 0,0269 0,0174

58,5 56,3

52,4 37,1 57,5

0.96 0,93

0,86 0,52 0,945

17. Режимы сварки меДи под флюсом К-13МВТУ (проволокам!; скорость сварки 21 м/ч)

Сварка под плавлеными флюсами плавящимся электродом является высокопроизводительным способом. Состав металла шва при - сварке меди изменяется незначи-

тельно, и мегалл сохраняет свои физические свойства (табл. 16). Лучшие результаты получаются при сварке под флюсом АН-М1, имеющим состав: 55% фтористого магния, 40% фтористого натрия, 5% фтористого бария. В качестве электродного металла используют проволоки из меди Ml или МО. Для повышения механических свойств сварного соединения применяют и легированные проволоки из медных сплавов БрКМцЗ-1; БрАЖМцЮ-3-1,5, но в этом случае снижаются тепло- и электропроводность металла шва. Сварку