Сварка меди. Способы и технология сварки. Как варить медь?

Сварка меди. Способы и технология сварки. Как варить медь?

Сварка
меди нашла широкое применение и в электронике, и в химическом машиностроении
при изготовлении приборов для применения условиях, где требуется высокая коррозионная
стойкость. Поэтому технология сварки меди, как и технология сварки цветных металлов
и сплавов, вообще, постоянно совершенствуется, несмотря на стремление к их экономии.
Прежде чем описать, как варить медь, необходимо пояснить, что в большинстве
случаев, для сварки используются листовые медные детали и трубы.

Отметим также, что нет каких-либо специальных видов сварки для медных изделий.
И для их сваривания могут применяться все известные способы, за исключением
контактной сварки, которая применяется ограничено.

Ручная дуговая сварка меди металлическими электродами

Целесообразность применения дуговой сварки плавящимся электродом взамен газовой
сварки меди продиктована технико-экономическими преимуществами, также как и
при сварке сталей. Прежде всего, этот способ отличается высокой производительностью.
Скорость дуговой сварки металлическим плавящимся электродом намного превосходит
скорость при другом способе сварки. Дуговая сварка меди может производиться
вручную, автоматически под флюсом или в защитных газах. О сварке меди на полуавтоматах
и автоматах изложено ниже по тексту. Сейчас рассмотрим ручную дуговую сварку
меди.

Подготовка места сварки

Если толщина свариваемой меди составляет 6-12мм, то рекомендуется выполнять
V-образную разделку с суммарным углом раскрытия кромок 60-70°. Если предусматривается
подварочный шов с оборотной стороны, то угол можно уменьшить до 50°.

Сварка меди. Способы и технология сварки. Как варить медь?

Перед
сваркой необходимо раздвигать медные листы или полосы под углом друг к другу,
с зазором 2-2,5% от длины шва, см. рисунок справа. Если сварка выполняется без
предварительного раздвигания листов, то рекомендуется предварительно прихватить
их короткими швами длиной около 30мм на расстоянии, примерно, 300мм друг от
друга. Прихватки выполняют электродом меньшего диаметра и обеспечивают зазор
между кромками 2-4мм. При отсутствии зазора возрастает вероятность перегрева
металла и появления
горячих трещин при сварке. При выполнении прихваток следует учитывать, что
повторный нагрев меди приводит к появлению пор в металле, поэтому, по мере приближения
к прихваткам их необходимо вырубать и зачищать. Это не потребует много времени,
т.к. прихватки выполняются на малую глубину.

При толщине металла более 12мм рекомендуется Х-образная разделка кромок, что
потребует двухсторонней сварки. Если нет возможности выполнить Х-образную разделку,
то выполняют V-образную. При этом возрастает почти в полтора раза расход электродов
и время сварки. При Х-образной подготовке кромок прихватку выполняют с оборотной
стороны первого шва и удаляют её перед началом выполнения второго шва.

Сварка стыкового соединения без разделки кромок или с V-образной разделкой
выполняется на подкладках, которые прижимаются вплотную к стыку, либо на флюсовой
подкладке-подушке. Применяются стальные, медные, либо графитовые подкладки шириной
40-50мм с выполнением формирующей канавки.

Перед сваркой рекомендуется предварительный подогрев кромок. Подогрев может
быть местным, общим или сопутствующим, в зависимости от габаритов изделия и
толщины свариваемой меди. Обычно температура подогрева составляет 300-400°C.

Электроды для дуговой сварки меди и покрытия для них

Для дуговой сварки меди применяют покрытые электроды. Применение электродом
без защитного покрытия приводит к окислению шва, нестабильному горению дуги
и появлению дефектов в сварном шве (пористости). Электродные стержни используют
в виде медной проволоки (которая может быть легирована кремнием и марганцем),
бронзы марки Бр.КМц 3-1 или бронзы марок Бр.ОФ 4-03 и БР.ФО 9-03.

Электродные стержни такого состава легируют металл шва кремнием, марганцем,
фосфором (иногда оловом) и оказывают раскисляющее действие. Защитные покрытия
подбираются с таким составом, который обеспечивает стабильность дуги, раскисление
металла и образование шлаков. Всё это способствует хорошему формированию шва
и повышению качества сварки.

Подробнее о марках электродов для сваривания медных изделий и о том, какие
защитные покрытия применяются для них в том или ином случае подробно рассказано
в статье: "Электроды
для сварки меди".

Режимы ручной дуговой сварки меди

Сварка выполняется постоянным током обратной полярности. Применение переменного
тока часто не позволяет обеспечить нужной стабильности дуги. Переменным током
возможно производить сварку лишь в том случае, если в составе защитного покрытия
присутствует железо. При этом необходимо повысить силу тока, примерно, на 40-50%.
Но следует иметь в виду, что применение переменного тока может привести к разбрызгиванию
электродного металла. Ориентировочные режимы сварки указаны в таблице ниже.

Режимы ручной дуговой сварки в стык листовой меди медными электродами на
постоянном токе:

Толщина меди, мм 2 3 4 5 6 7-8 9-10
Диаметр электрода, мм 2-3 3-4 4-5 5-6 5-7 6-7 6-8
Сила тока, А 100-120 120-160 160-200 240-300 260-340 380-400 300-420
Рабочее напряжение, В 25-27 25-27 25-27 25-27 26-28 26-28 28-30

Скорость сварки составляет 15-18 м/час. Если применяются электроды из бронзы,
то скорость сварки увеличивается, т.к. бронзовый электрод плавится быстрее медного.

При сварке меди толщиной более 10-12мм при диаметре электрода 6-8мм, силу сварочного
тока увеличивают до 500А.

При сварке тавровых соединений режимы сварки примерно такие же, как и для сварки
стыковых соединений. При этом необходимо установить сварное соединение "в
лодочку".

Техника ручной дуговой сварки меди

Сварку меди большой толщины сваривают в несколько слоёв. Каждый предыдущий
слой тщательно зачищают перед наплавкой последующего. Но малые и средние толщины
меди лучше сваривать за один проход.

Сварка меди. Способы и технология сварки. Как варить медь?

Сварка
выполняется обратноступенчатыми швами, с длиной участка 200-300мм. Всю длину
свариваемого участка делят на два участка: в 2/3 длины шва и с другой стороны
1/3 от длины. Вначале заваривается длинный участок по направлению к малому,
а затем короткий. Схема этой сварки показана на рисунке слева. Подобная техника
сварки значительно снижает риск возникновения трещин в металле.

Сварка производится в нижнем положении, или слегка наклонённом и выполняется
она "углом вперёд", т.е. электрод должен быть наклонен в противоположную
от сварки сторону на угол 15-20°. При сварке может происходить "вспучивание"
сварных кромок, при уменьшении зазора между ними. В этом случае шов необходимо
периодически править молотком или кувалдой. При этом следует иметь в виду, если
сварка выполняется на графитовой подкладке, то она может расколоться. Поэтому,
предпочтительнее стальные подкладки, или медные.

Качество ручной сварки меди

Ручная
дуговая сварка меди способна обеспечить хорошее качество
сварки. При этом проковка увеличивает прочность сварного шва, примерно,
на 10-15%, но может уменьшать пластичность. К примеру, прочность сварного соединения,
выполненного медными покрытыми электродами "Комсомолец 100", составляет
200-215МПа без проковки и 230-240МПа. Угол загиба 180° без проковки и 140-180°
без проковки.

Ручная сварка медных трубопроводов

Одними из первых ручную сварку медных трубопроводов с толщиной стенки от 3мм
начали выполнять ещё в Советском Союзе на Николаевском судостроительном заводе.
Для сварки выбираются электроды с покрытием Комсомолец-100. Сварка выполняется
на постоянном токе обратной полярности при плотности сварочного тока 50а/мм.

Сварка производится с предварительным подогревом до температуры 250-300°C.
Для трубопроводов, диаметром до 50мм выполняют полный подогрев, а при большем
диаметре — местный, периодический подогрев по участкам. Перед сваркой выполняют
прихватки. Прихватки необходимо вырубать, т.к. их заварка приведёт к повышенной
пористости в этих участках из-за повторного нагрева. Рекомендуемая максимальная
скорость сварки составляет 15м/час. При сварке не следует допускать перегрева
основного металла свыше температуры 350°C.

Ручная сварка угольными и графитовыми электродами

Ручная сварка меди угольными и графитовыми электродами применяется ограниченно
и, в основном, для малоответственных изделий. Остановимся, вкратце, на её технологии.
Угольные электроды целесообразно применять при сварке меди, толщиной до 15мм.
При большей толщине применяют графитовые электроды. Угольные и графитовые электроды
затачивают на конус на 1/3 его длины. Сварку ведет на постоянном токе прямой
полярности длинной дугой. Плотность тока на электроде составляет 200-400 А/см2.

Присадочный пруток не погружают в сварочную ванну, а держат на расстоянии 5-6мм
от неё под углом 30° к изделию. Электрод держат под углом 75-90° к изделию.
Для защиты металла от окисления применяют флюс, состоящий на 94-96% из плавленой
буры и 4-6% металлического магния. Флюс наносят на присадочный пруток, предварительно
смочив его в жидком стекле.

Если толщина свариваемого металла превышает 5мм, стыковое соединение сваривают
с разделкой кромок с суммарным углом 70-90°. Зазор между кромками 0,5мм. Сварку
выполняют на графитовой или асбестовой подкладке. Электрод наклоняют "углом
вперёд" на 10-20° от вертикали. Металл толщиной до 5мм проковывают без
подогрева, а при большей толщине — с подогревом до 800°С и последующим быстрым
охлаждением. Сварку рекомендуется выполнять за один проход, чтобы обеспечить
наилучший механические свойства шва.

Ручная аргонодуговая сварка меди

Ручная сварка меди в среде аргона выполняется вольфрамовым электродом на постоянном
токе прямой полярности в аргоне высокой чистоты. Для свариваемого металла, толщиной
более 4мм, выполняют предварительный подогрев до температуры 800°С.

В качестве присадочного материала применяют пруток из меди, медно-никелевого
сплава МНЖКТ-5-1-0,2-0,02, бронзы Бр.КМц 3-1, Бр.0Ц 4-3.

Если толщина металла превышает 6мм, рекомендуется применять V-образную разделку
кромок с суммарным углом раскрытия 60-70°. Сварку обычно выполняют справа налево,
"углом вперёд", угол наклона электрода 80-90° от вертикали. Угол наклона
присадочного прутка 10-15°. Величина вылета электрода 5-7мм.

Сварка меди на автоматах или полуавтоматах под флюсом

При сварке меди для повышения качества шва и производительности в промышленности
применяют автоматическую
сварку под флюсом. Процесс ведётся на автоматах или шланговых полуавтоматах
вручную или механизировано. Сварку меди малой толщины успешно выполняют под
флюсом с неплавящимся электродом.

Подготовка металла под сварку

Кромки необходимо зачистить. Стыковые соединения меди толщиной 6-8мм собирают
для сварки с зазором 1-1,5мм. При больших толщинах рекомендуется V-образная
разделка с суммарным углом раскрытия 60°. В этом случае сварку выполняют без
технологических зазоров.

При сварке меди с зазором, стыковое соединение собирается на подкладке, иначе
расплавленный металл будет вытекать сквозь зазор. Лучшие результаты получаются
при использовании флюсовых подкладок, однако стоит помнить, что сильное поджатие
подкладок к металлу приводит к ухудшению формирования корня шва.

Перед сваркой медных изделий рекомендуется выполнять предварительный подогрев.
При малой толщине свариваемого металла можно ограничиться местным начальным
подогревом. При сварке большой толщины металла или при большой длине стыка рекомендуется
сопутствующий подогрев в процессе сварки. Температура подогрева составляет 250-300°C.

Проволока для автоматической сварки меди

Для сварки применяют проволоку из меди марок М1, М2 и М3. Если проволока тонкая,
(до 3мм), то её предварительно нагартовывают. Если невозможно получить нагартованную
тонкую медную проволоку, то применяют более упругую проволоку из бронзы марок
БрОФ 4-0,3, Бр.Х-1, или Бр.КМц 3-1. При этом следует учесть, что применение
медной проволоки снижает риск образования трещин в сварном шве.

При автоматической сварке меди тонкой проволокой технологичнее будет использование
автоматов с проволоко-протяжным механизмом, оснащённым двумя протягивающими
роликами. Наряду с тонкой проволокой, можно применять проволоку диаметром 3,4,5мм.
Проволоку, диаметром более 5мм для автоматической сварки меди не используют,
т.к. для этого необходимы специальные источники тока.

Через проволоку можно легировать металл сварного шва, вводя в него различные
раскислители — кремний, марганец, фосфор и др. Но, лучшие результаты получаются
легированием через флюсы, особенно, керамические.

Плавленые и неплавленые флюсы для сварки

Из плавленых флюсов наибольшее распространение получили флюсы следующих марок:

1. АН-348А, ОСЦ-45 и АН-348 — высококремнистые марганцевые;
2. АН-51, АН-10 — низкокремнистые марганцевые;
3. АН-20 — низкокремнистые безмарганцевые.

Наряду
с плавлеными флюсами широко применяются керамические, которые позволяют
легировать металл шва и вводить в его состав раскислители. Состав керамических
флюсов К-13 и ЖМ-1, применяемых при автоматической сварке меди, указан в таблице:

Компоненты Марка флюса
К-13 ЖМ-1
Глинозем 20
Кварцевый песок 8-10
Магнезит 15
Мел 15
Бура безводная 20
Плавиковый шпат 15-19 8
Алюминиевый порошок 3-3,5 0,8
Борный шпат 3,5
Мрамор 28
Полевой шпат 57,5
Древесный уголь 2,2

Важным преимуществом керамических флюсов является возможность сварки меди на
переменном токе. Флюс ЖМ-1 является наиболее активным и обеспечивает стабильные
результаты сварки. По данным исследованиям Кассова Д.С., при его использовании
металл шва получается более чистым по составу, см. таблицу:

Металл Содержание компонентов, %
Cu Fe Al Si Mn Прочие
Основной 99,76 0,016 0,008 Следы 0,2
Электродной проволоки М2 99,68 0,016 0,006 Следы 0,3
Шва 99,92 0,048 0,004 0,009 Следы 0,02

Режимы автоматической сварки меди

В большинстве случаев, сварку меди под флюсом выполняют на постоянном токе
обратной полярности, за исключением флюса ЖМ-1, где применяется переменный ток.

Приблизительные режимы сварки стыковых соединений под флюсами АН-348А и ОСЦ-45П
указаны в таблице ниже. Для больших толщин свариваемой меди применяют флюсы
АН-26 и АН-20, при этом напряжение дуги U=36-40В, а если применяется бронзовая
проволока, то U=32-36В.

Режимы сварки под плавлеными флюсами:

Толщина меди, мм Подготовка кромок Марка проволоки Диаметр проволоки, мм Сила тока, А Скорость подачи проволоки, м/ч Скорость сварки, м/ч
2 Нет М1,М2,М3 1,4 140-160 120 25
3 Нет М1,М2,М3 2 190-210 140 20
4 Нет М1,М2,М3 2 250-280 170 20
5 Нет М1,М2,М3 2 310-320 210 20
6 Нет М1,М2,М3 2 330-340 220 20
4 Нет М1,М2,М3 3 370-390 150 38-42
5 Нет М1,М2,М3 3 380-400 160 30-35
6 Нет М1,М2,М3 3 460-470 175 30-35
81 V-60°, притупление М1,М2,М3 3 360-380 150 20
82 V-60°, притупление М1,М2,М3 3 390-410 160 20
101 V-60°, притупление М1,М2,М3 3 470-490 200 20
102 V-60°, притупление М1,М2,М3 3 540-560 220 20
121 V-60°, притупление М1,М2,М3 3 510-530 200 20
122 V-60°, притупление М1,М2,М3 3 580-600 240 20
122 V-60°, притупление М1,М2,М3 4 500-510 120 20
122 V-60°, притупление М1,М2,М3 4 570-580 140 20
14 V-60°, притупление М1,М2,М3 4 530-540 130 20
12 V-60°, притупление М1,М2,М3 4 600-610 150 20
16 V-60°, притупление М1,М2,М3 4 570-580 140 20
16 V-60°, притупление М1,М2,М3 4 650 160 20
3 Нет Бр.КМц 3-1 2 340-350 250 70-75
4 Нет Бр.КМц 3-1 2 350-370 260 60-70
5 Нет Бр.КМц 3-1 2 380-420 270 45-55
6 Нет Бр.КМц 3-1 2 450-470 300 26-32
Примечание. Значение индексов: 1-первый слой; 2-второй
слой.

Как видно из таблицы, режимы сварки последующих слоёв более жёсткие, чем для
первого слоя.

Режимы сварки под керамическим флюсом ЖМ-1:

Толщина меди, мм Диаметр проволоки, мм Сила тока, А Рабочее напряжение, В Скорость сварки, м/ч
4 4
5
490
550
22-24
22-24
42
37
6 4
5
580
640
26-28
26-28
32
28
8 4
5
650
710
30-32
30-32
26
22
10 4
5
710
780
34-36
34-36
22
18

Режимы сварки под керамическими флюсами К-13:

Толщина меди, мм Диаметр проволоки, мм Рабочее напряжение, В Сила тока, А Скорость сварки, м/ч
2 2 26-27 160-180 21
5-6 2-3 28-30 400-450 21
7-8 3 35-45 550 18

Режимы автоматической сварки под флюсом нахлёсточных соединений меди:

Марка флюса Толщина листов, мм Рабочее напряжение, В Сила тока, А Скорость сварки, м/ч Скорость подачи проволоки, м/ч Характер тока
АН-348А 3 30-35 220-240 25 170 Постоянный
АН-348А 4,5 30-35 300-340 25 230 Постоянный
ЖМ-1 4 30 400-450 32 81 Переменный
ЖМ-1 6 30 500-525 25 87 Переменный
ЖМ-1 8 30 600-625 23 95 Переменный
ЖМ-1 10 30 775-800 18 103 Переменный
К-13 6 30 400-450 Постоянный

Техника сварки меди на автоматах и полуавтоматах под флюсом

Техника сварки меди мало, чем отличается от техники сварки стали. Стыковые
соединения, толщиной 6-8мм сваривают за один проход. При больших толщинах за
2-3 прохода, тщательно очищая каждый предыдущий валик от шлака, прежде чем наплавить
последующий. Режимы сварки, как уже говорилось ранее, для последующих слоёв
жёстче, чем для первого слоя.

Сварка меди. Способы и технология сварки. Как варить медь?

При
сварке меди на полуавтоматах и автоматах используют тонкую сварочную проволоку.
В случае сварки стыковых соединений, если толщина свариваемого металла превышает
6мм, то выполняют V-образную разделку с суммарным углом раскрытия до 90° с притуплением
3-4мм. Сварку выполняют без поперечных колебаний, иначе шов получается пористый.

Для сварки меди толщиной 10мм полуавтоматом с проволокой марки М2 диаметром
2мм, рекомендуется однопроходная сварка с режимами: сила тока 300А, напряжение
30В, скорость сварки 10м/ч. Сварку выполняют с поперечными колебаниями держателя.

При многопроходной сварке меди больших толщин, чтобы избежать шлаковых включений,
необходимо придерживаться определённого порядка наплавлении валиков. После наплавки
первого валика и провара корня шва, необходимо наплавлять валики на сторонах
разделки, примерно в таком порядке, как показано на рисунке справа.

Качество сварки меди на автоматах и полуавтоматах

Прочность сварного соединения зависит и от выбранных режимов сварки и от марки
применённого флюса. В таблице ниже представлены средние значения прочности соединений,
выполненных на оптимальных режимах:

Марка флюса Марка электродной проволоки Механическая прочность
сварного соединения, МПа металла шва, МПа Угол загиба, град относительное удлинение шва
ЖМ-1 М2 177,5 180,4 180 41,4
ОСЦ-45 М2 168,7 174,5 180 26,3
К-13 М1 258,9 43 (13)*
АН-26 М3 207,9 203,0 180 33,8
АН-348А М1 192,2 178,5 180 41,6
АН-348А Бр.КМЦ 3-1 234,4 307,9 180 33,0
Прмечание. Прочность основного металла 213,8МПа
*В скобках даны результаты испытаний плоских образцов

В таблице хорошо видно, что механическая прочность сварного соединения почти
не уступает прочности основного металла.

Газовая сварка меди

Сварка медных листов толщиной до 10мм выполняется сварочным пламенем, мощностью
150л/ч на 1мм толщины металла. Недопустимо выполнят сварку науглероживающим
пламенем, т.к. это приводит к появлению трещин и пор в сварном шве.

Сварной шов выполняют в один слой. Многослойная газовая сварка медных изделий
часто приводит к образованию трещин. Чтобы не перегревать металл при сварке,
её следует выполнять с высокой скоростью нагрева и охлаждения. Подробнее о газовой
сварке меди мы рассказали на
этой странице.

В качестве флюса хорошо подходит чистая бура или с добавками других компонентов.
Подробнее о флюсах для газовой сварки меди рассказывается в
этой статье.

Контактная сварка меди

При сварке меди наибольшее распространение получил такой вид контактной сварки,
как стыковая сварка. Применяется она при сварке медных прутком, проволоки, лент,
труб. Но этот вид сварки больше подходит для сваривания медных сплавов. Точечная
и шовная сварка на практике широко не применяются. Подробнее о контактной сварке
медных изделий и режимах для них мы рассказывали на странице: "Контактная
сварка меди".

Видео: общие сведения о сварке меди, её история

В видеоролике содержится краткая история о меди и её обработке с древних времён
и по настоящее время. В ролике содержатся общие рекомендации по сварке меди
различными способами.


Источник

Author: serj