73. СВАРКА МЕДИ И МЕДНЫХ СПЛАВОВ

Количество цветных металлов и их сплавов, применяемых в технике, чрезвычайно велико. Рассмотрим особенности лишь тех цветных металлов и сплавов, со сваркой которых приходится встречаться наиболее часто.

Температура плавления технически чистой меди равна 1083°. Медь имеет наивысшую теплопроводность среди металлов, широко применяемых в технике. Теплопроводность меди примерно в шесть раз выше теплопроводности малоуглеродистой стали. Медь весьма пластична в холодном состоянии и становится очень хрупкой при высоких температурах, теряя одновременно и прочность. Медь даёт большую литейную усадку и плохую пористую отливку, поэтому отливки из технически чистой меди в технике почти не применяются. Для улучшения литейных качеств меди достаточно небольшой присадки к ней олова, цинка и т. п. Расплавленная медь хорошо растворяет газы, выделяя их при затвердевании, что может служить причиной пористости литого металла. В нагретую медь легко диффундирует водород, служащий причиной так называемой водородной болезни меди. Сущность этого явления заключается в том, что частицы водорода легко проникают в нагретую медь на значительную глубину; встречаясь внутри металла с закисью меди, водород восстанавливает её по реакции Cu20-l-H2 = 2Cu--H20 с образованием паров воды. Молекулы паров воды, имеющие значительные размеры, уже не могут диффундировать сквозь металл, накапливаются в больших количествах в местах скопления окислов, куда продолжается непрерывный приток водорода, вызывают значительное повышение давления и в конечном счёте разрывают металл, образуя сеть микротрещин и делая металл хрупким и механически непрочным.

Медь образует с кислородом два окисла: закись меди СпгО и окись меди СиО. Закись меди хорошо растворяется в больших количествах в расплавленной меди и выпадает при затвердевании металла, образуя эвтектику медь - закись меди с температурой плавления 1064°, т. е. ниже температуры плавления металла. Поэтому, при затвердевании расплавленнс)й меди кислородная эвтектика выпадает в последнюю очередь, располагаясь преимущественно по границам зёрен металла. Достаточно содержания кислорода в меди всего несколько сотых ДОлей процента, чтобы эвтектика вызвала заметное уменьшение Прочности и вязкости литой меди.

Обычные сорта меди, в том числе ii самая чистая электролитическая медь со степенью чистоты более; 99,9%, по условиям производства никогда не освобождаются полностью от кислорода и содержат его в количестве нескольких сотых долей процента. Это содержание в большинстве случаев не имеет особого практического значения, поскольку отливки чистой ме;ди в технике почти не применяются, а при прокатке или протяжке меди для изготовления труб, листов, проволоки и т. п. включения эвтектики раздробляются

19* 291

и распределяются вдоль вытянутых волокон металла. В этом состоянии кислородные включения не оказывают большого влияния на механическую прочность и пластичность меди. Но достаточно расплавить металл медного прокатанного листа, как это происходит при сварке, и в наплавленном металле получаются приблизительно равноосные крупные кристаллические зёрна металла, по границам которых снова собирается кислородная эвтектика, понижая прочность и пластичность наплавленного металла.

Восстановить механические свойства металла можно лишь механической обработкой давлением, прокаткой или проковкой, раздробляющей включения и уменьшающей их вредное влияние. Весьма желательно иметь для изготовления сварных изделий специальную медь, свободную от кислородных включений, так называемую раскисленную медь, которая получается введением в металл небольшого количества сильных раскислителей, связывающих кислород.

Раскислители, которыми могут служить, например, фосфор, кремний, вводятся в металл при выплавке в таком количестве, чтобы по окончании процесса раскисления остаток раскислителя в металле не превышал нескольких сотых долей процента. Раскисленная медь с небольшой присадкой раскислителей сваривается всеми способами значительно лучше, чем обычная не раскисленная медь.

Ввиду плохих литейных свойств меди важное значение при сварке меди плавлением имеет присадочный материал. В качестве присадочного материала для сварки меди рекомендуются сплавы меди, содержащие избыток раскислителей, и присадки, способствующие получению плотного и прочного литого металла. В качестве раскислителя для присадочного металла чаще всего применяется фосфор; для улучшения литейных свойств применяются олово, цинк, иногда серебро и т. д.

Медь чаще всего сваривается ацетилено-кислородным пламенем. Существенное значение для сварки меди и медных сплавов имеют флюсы, растворяющие окислы меди, очищающие поверхность металла и защищающие его от окисления. Наиболее важной составной частью флюсов для сварки меди являются соединения бора: бура Na2B407, борная кислота В(ОН)з, борный ангидрид В2О3. Часто применяется также смесь прокалённой безводной буры и борной кислоты.

Флюс применяется в виде сухого порошка или пасты, замешанной на спирте. Часто применяется флюс следующего состава (в процентах по весу): бура - 70; борная кислота - 10; поваренная соль - 20. Некоторые затруднения вызываются высокой теплопроводностью меди. При сварке меди, несмотря на её сравнительно низкую температуру плавления, приходится применять значительно более мощный источник нагрева, чем для стали той же толщины.

Рекомендуется при ацетилено-кислородной сварке подбирать горелку, исходя из расхода ацетилена 150-200 л/час на I мм тол-

щины металла, г. е. в 1,5-2 раза больше, чем при сварке стали. При сварке меди толщиной свыше 5 мм часто приходится прибегать к предварительному подогреву основного металла. При сварке медных листов толщиной свыше 5-6 мм иногда прибегают к выполнению сварки двумя горелками, работающими одновременно: одной горелкой подогревается, а другой расплавляется металл и производится сварка.

В качестве присадочного материала не рекомендуется пользоваться обычной проволокой из электролитической меди. Лучшие результаты дают специальные присадочные прутки с небольшим содержанием олова, иногда цинка, фосфора, кремния, или же с добавкой около 1% серебра. При отсутствии специального присадочного металла можно получить удовлетворительный результат, вводя в состав флюса раскислители, например фосфористую медь, и пользуясь присадочным прутком из обычной электролитической меди. Медь достаточно хорошо сваривается и дугой. Сварка меди чаще производится угольной дугой на постоянном токе. В качестве пр::-садочного материала рекомендуются прутки из фосфористой бронзы с содержанием олова от 4 до 10%. Сварку меди рекомендуется вести угольной дугой, длиной не менее 10-12 мм, дающей хор о-шие результаты. Поверхность основного металла в зоне сварки покрывается порошкообразным флюсом того же состава, что и для газовой сварки. Возможна сварка меди и медными электродами с обмазкой, по составу близкой к флюсам для сварки меди.

Сила тока при сварке меди медным электродом берётся, примерно, такой же, как для сварки стали стальными электродами. Поскольку сварка меди, как газовая, так и дуговая, связана с затруднениями, часто прибегают к пайке меди серебряными или медно-цинковыми припоями; при этом флюсами обычно служат бура и борная кислота. Электрическая контактная сварка меди, ввиду её высокой электро- и теплопроводности, даёт посредственные результаты и поэтому применяется сравнительно редко.

Большие трудности представляет сварка плавлением латуни, т. е. медно-цинковых сплавов. Основным затруднением в этом случае является лёгкая испаряемость цинка, содержащегося в латуни. При температуре плавления около 420° цинк имеет температуру кипения 907°, что близко к температуре плавления латуни. При расплавлении основного металла и неизбежном его перегреве в сварочной ванне наблюдается значительное испарение цинка, пары которого сгорают под действием кислорода воздуха, образуя обильный густой белый дым, служащий характерным признаком наличия цинка в сплаве. Дым, состоящий из частиц окиси цинка ZnO, ядовит и отравляет сварщика при вдыхании. Отравление окисью цинка при сварке меди вызывает у работающих характерное заболевание, называемое литейной или медной лихорадкой, проявляющееся в кратковременном повышении температуры заболевшего, сопровождаемом ознобом, через несколько часов по окончании работы. Поэтому при сварке меди необходима хорошая веити-