Сварка меди

Особенности сварки латунных изделий в среде аргона

Сварка латуни, которая осуществляется в среде инертного газа аргона, используется в основном в тех случаях, когда необходимо соединить детали, толщина которых превышает 5 мм. Источником тепла при использовании данной технологии является электрическая дуга, горящая между электродом и поверхностью соединяемых деталей. Электрод фиксируется в токопроводящем зажиме горелки, через сопло которой в зону сварки подается защитный газ. Сам сварной шов формируется за счет использования присадочного материала, состав которого должен максимально соответствовать составу соединяемых изделий.

Медно-фосфорный пруток для сварки латуни

Плавление присадочного материала, подаваемого в зону выполнения сварки вручную, также обеспечивает электрическая дуга, горящая между электродом и деталями.

Прежде чем приступать к сварке латуни, необходимо тщательно очистить поверхности соединяемых деталей от загрязнений и оксидной пленки. Показателем качества такой очистки служит металлический блеск, который должен появиться на поверхности латунных изделий. Оксидная пленка с заготовок из латуни легко удаляется при помощи азотной кислоты. После такой обработки необходимо промыть поверхности горячей водой.

При сварке изделий из латуни можно услышать необычный треск: он вызывается активным выделением паров цинка. Пары цинка, кроме того, окрашивают сварочную дугу в непривычный цвет, который хорошо заметен даже на видео этого процесса.

Ориентировочные режимы сварки латуни вольфрамовым электродом

Технология сварки изделий из латуни отличается еще и тем, что соединение выполняют не сплошным швом, а отдельными валиками, аккуратно заполняя расплавленным присадочным материалом зазор между деталями на всю его глубину. Соблюдать данное требование необходимо потому, что при выполнении сплошного шва очень велик риск прожига соединяемых деталей.

Есть еще одно правило, которому необходимо следовать при сварке изделий из латуни. При заполнении присадочным материалом кратера шва надо постепенно уменьшать напряжение дуги и увеличивать ее длину, а затем просто отвести электрод в сторону. Посмотреть, как это выполняется практически, можно на обучающем видео.

Основные способы сварки меди

Чтобы сварить медные конструкции, необходимо соблюдать требования технологий сварки меди. Доступны следующие способы сваривания медных заготовок:

• инвертором;
• полуавтоматом;
• аргоном;
• газом;
• угольными электродами.

Инвертором

Варить медь инвертором относительно просто, так как он обеспечивает стабильные параметры по току и напряжению, может иметь ряд предустановок. Также он компактный по размерам и имеет небольшой вес.

Шов формируют небольшими участками, длина которых составляет от 30 до 40 мм

Важно делать перерывы в работе, чтобы не допустить перегрева металла с проплавлением и деформацией. Углы наклона электрода над поверхностью должны составлять от 100 до 200

Полуавтоматом

Для создания длинных швов рекомендуется выполнять сварку меди полуавтоматом. За счёт равномерной подачи проволоки формируется надёжное однородное соединение. Для исключения образования пор нельзя допускать поперечных колебаний проволоки или заготовок.

Полуавтоматическая сварка деталей толщиной более 6 мм производится только после снятия кромки с выполнением притупления менее 4 мм. Обычно применяют проволоку диаметром 2 мм. Рекомендуемые параметры:

• напряжение 30 В;
• сила сварочного тока 300А;
• флюс марки К-13 или АН26;
• тип проволоки М1-3.

Полуавтомат для сварки

Аргоном

При сварке в аргоновой защитной среде используется проволока из вольфрама, подключение питания по схеме обратной полярности. Стыковка тонких конструкций производится без предварительного подогрева.

Шов формируют справа-налево, при этом электрод держат под прямым углом к поверхности заготовки, а прутка — 150. Средний расход газа составляет от 7 до 18 л/мин. Ток сварки подбирается самостоятельно в диапазоне 80-500А.

Сварка аргоном режим TIG

Режим TIG применяется при автоматической или полуавтоматической сварке. Преимущества:

• небольшая зона прогрева;
• исключение образования дефектов в структуре;
• высокая скорость создания сварного шва;
• простота технологии.

Газовая сварка

Газовая сварка выполняется горелкой. Технология достаточно сложная для формирования высококачественных точных швов, поэтому она в основном используется для соединения массивных деталей. Сложностью процесса является подбор оптимального расхода газа:

• для заготовок с толщиной до 1 см расход составляет до 150 л/мин.;
• при толщине более 1 см расход должен быть увеличен до 200 л/мин.

Для обеспечения равномерного прогрева массивных деталей допускается одновременное применение двух горелок. Чтобы повысить качество шва, нужно применять содержащие бор флюсы.

Угольным электродом

Процесс сваривания угольными электродами универсален, так как допускается поджиг дуги между двумя электродами, заготовкой и электродом, электродом и массой. Технология схожа с процессом сваривания горелкой.

Используется проволока марки БрКМц3-1. Параметры по току и напряжению подбираются в зависимости от технических особенностей конструкций и их состава.

Угольные электроды для сварки

Инвертором угольным электродом

Сваривание меди угольными электродами требуют наличия навыков проведения подобных работ. Особенности процесса следующие:

• наклон электрода над поверхностью заготовки не более 300;
• диапазон сварочных токов от 35 до 130 А.

Подготовка металла

Качественный результат сварки меди зависит не только от выверенных действий сварщика, но и  от проведенного подготовительного этапа

Сначала следует обратить внимание на форму заготовки. Обычно это труба или лист

Первая процедура связана с кроением. По размерам вырезают нужную заготовку. В некоторых случаях приходится деталь порезать на несколько частей.

Разделка кромок – обязательная процедура. Предполагается исключительно механическая обработка торцов заготовок. Очистив поверхность металла от загрязнений, приступают к снятию оксидной пленки. Она видна невооруженным глазом. Деталь без пленки блестит, а окисел представляет собой мутноватый налет. Подготовленные торцы обрабатываются наждачной бумагой или металлической щеткой. После завершения этих работ металл следует обезжирить.

Не следует применять наждачку с крупным зерном, так как на поверхности заготовки могут остаться глубокие задиры. Среди популярных способов обработки детали и присадочной проволоки выступает травление. Это выдерживание заготовок в специальном растворе, приготовленном на основе азотной, соляной или серной кислоты. До нужной концентрации раствор доводится путем смешивания кислоты с водой. После травления поверхности необходимо промыть в воде, а затем просушить.

Медь требует предварительного прогрева в тех случаях, когда толщина деталей превышает 1 см. Прогрев газовой горелкой или в печи также входит в перечень подготовительных работ. Перед непосредственным свариванием детали совмещают так, чтобы между кромками образовывался небольшой зазор. Фиксировать заготовки можно струбцинами или прихватками, очищенными от инородных частиц. К дополнительным приспособлениям относят экраны для защиты места сварки от ветра и графитовые подкладки. Графит хорошо отводит тепло. Помимо этого, подкладка препятствует растеканию расплавленного металла.

Трудности сваривания меди в домашних условиях

Сложность сварки этого металла может заключаться в таких особенностях:

1. При нагревании медь взаимодействует с кислородом, образуя прочный оксидный налет. Температура плавления такой пленки высока, поэтому следует принимать меры по предотвращению течения окислительной реакции.
2. Медь сильно расширяется при нагревании. Этот показатель у нее в 1,5 раза превышает таковой у стали. В процессе остывания металл дает выраженную усадку.
3. При контакте с воздухом медь поглощает кислород. Это приводит к формированию неоднородного шва с пустотами и посторонними включениями.
4. Из-за высокой теплопроводности медные заготовки быстро перегреваются и остывают. Это негативно отражается на прочности сварного соединения.
5. Повышенная текучесть расплава усложняет сварку габаритных деталей. Полностью проплавить одну сторону конструкции не удается. Сварщик сталкивается с трудностями и при формировании потолочных или вертикальных швов.
6. Медь частично утрачивает прочность и пластичность при нагревании до +2000 °С. При температуре +5500 °С эти свойства полностью теряются.

Электроды для сварки нержавеющих сталей

ЭЛЕКТРОД ДЛЯ НЕРЖАВЕЮЩИХ И ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ Selectarc 24/12 Mo // 24/12 Молибден Электрод 24/12 Mo, перелегированный, с повышенным содержанием легирующих элементов (Cr, Ni, Mo) предназначен для сваривания всех пищевых, кислотостойких, нержавеющих сталей типа 316 L, а также для сваривания нержавеющих сталей с конструкционными и низколегированными сталями. Электродом 24/12 Mo можно производить сварку на постоянном и переменном токе, во всех пространственных положениях. Диаметры электродов: Ø 3,2; Ø 4,0

ЭЛЕКТРОД ДЛЯ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ С МОЛИБДЕНОМ(В Т.Ч. ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ) Selectarc 20/10 MBC//20/10 МБЦ Рутиловый электрод для сварки нержавеющей стали аустенитного типа с молибденом и малым содержанием углерода (тип Cr-Ni-Mo). Малое поглощение влаги, варит без брызг, образуется шов отличного качества, шлак отделяется сам. Хорошая противокоррозийная устойчивость в газах и растворах до 850°С, в кислотах(уксусной, бензойной, лимонной, азотной, стеариновой, серной, фосфорной). Температура жидкой среды от -120°С до +350°С. Применяется в химическом производстве; нефтяном производстве; судостроении; для сварки резервуаров, труб; а также в пищевой промышленности. Диаметры электродов: Ø 1,6; Ø 2,0; Ø 2,5; Ø 3,2; Ø 4,0

Автоматическая сварка под флюсом

Основным преимуществом автоматической сварки Сu под флюсом является возможность получения стабильных высоких механических свойств без предварительного подогрева. Поэтому при изготовлении крупногабаритных сварных конструкций из Сu больших толщин технологический процесс достаточно прост и почти не отличается от процесса сварки сталей.

Химические составы некоторых флюсов, применяющихся для автоматической сварки меди и ее сплавов плавящимся электродом (ГОСТ 9087—69), приведены в табл. 27.3.

При сварке меди под такими кислыми флюсами в металл шва переходят Si и Мn, в результате ухудшаются тепло- и электрофизические свойства соединений по сравнению с основным металлом. Применение бескислородных фторидных флюсов, например марки АН-M1, который содержит, % (по массе), 55 MgF₂, 40 NaF, 5 BaF₂, позволяет получать швы, удельное сопротивление которых в 1,5 раза ниже, а теплопроводность в 2 раза выше по сравнению со швами, выполненными под кислым флюсом АН-348А.

Для электродуговой сварки меди используются керамические флюсы: ЖМ-1 для сварки меди и К-13МВТУ для сварки меди со сталью.

Режимы сварки меди под флюсом К-13МВТУ приведены в табл. 27.4.

Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности при жестком закреплении на подкладках из охлаждаемой меди (толщиной до 2,5 мм) или на графите (толщиной 5—6 мм). Состав флюса К-13МВТУ, % (по массе): глинозем 20, плавиковый шпат 20, кварцевый песок 8—10, магнезит 15, мел 15, бура безводная 15—19, порошок алюминия 3—5. Применение керамического флюса позволяет раскислить и легировать металл шва, электро- и теплопроводность металла шва получаются на уровне исходного металла.

С увеличением толщины металла керамические флюсы становятся ограниченно пригодными, так как не обеспечивают требуемой плотности и необходимой пластичности соединения. Снизить пористость при сварке Cu и хромистой бронзы 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).

Для сварки латуни применяют плавленые флюсы (АН-20, ФН-10), а также специально разработанный для латуней флюс МАТИ-53. Ориентировочный режим сварки латуни толщиной 12 мм: ток дуги I_д = 450÷470 А, напряжение U_д = 30÷32В, скорость сварки v_св = 25 м/ч, используется односторонняя сварка без разделки кромок в один проход. Предел прочности сварного соединения из латуни марок Л62, ЛМд58-2, Л062-1, выполненного проволокой БрОЦ4-3 под флюсом АН-20, без усиления шва составляет 245—343 МПа, а с усилием шва 294— 392 МПа, угол загиба 100—180°.

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° с притуплением, равным половине толщины. Стыковое или угловое соединения собираются без зазора, расстояние оси электрода от края медной кромки составляет 0,65—0,70 толщины меди. Режим сварки такой же, как и при сварке медных соединений, но сварочный ток снижают на 15—20%- Сварные соединения медь — низкоуглеродистая сталь обладают хорошими механическими свойствами: σ_в = 205÷225 МПа, ψ=59÷72%, KCU = 343÷981 кДж/м2.

Скрепление с помощью дуговой сварки

Чтобы получить качественные швы, на производстве и в домашних условиях довольно часто используется электросварка. Работы выполняются при помощи угольных, несгораемых вольфрамовых и молибденовых, медных или бронзовых электродов. Для защиты от образования закиси меди применяют специальный флюс или покрытие, которые под воздействием высокой температуры образуют защитную атмосферу.

Общие особенности выполнения работ:

Сварка медных изделий требует большей силы тока, чем при работе со сталью.

• применяют силу тока большую, чем при работе со сталью;
• предварительно проводят зачистку кромок до металлического блеска или протравку их азотной кислотой с дальнейшим промыванием с помощью воды;
• детали соединяют плотно, чтобы не образовывались зазоры;
• края раскрывают на 90°;
• края листов, толщина которых составляет от 1 до 3 мм, отбортовывают, присадочная проволока не применяется;
• при толщине больше 6 мм детали перед свариванием нагревают до 300-400°С;
• после работы швы и переходные зоны проковывают, причем металл до 6 мм проковывают холодным, толще – при нагреве до 200-300°С, выше нагревать нельзя, так как металл становится хрупким;
• затем детали отжигают, нагревая до 550-600°С, а затем быстро охлаждая в холодной воде.

Применение угольных электродов

Режим работы:

Толщина меди, мм	1	2	4	6	12
Диаметр электродов, мм	4	6	6	8	9
Ток, А	135-180	195-200	250-330	315-430	420-550

Применяют постоянный ток прямой полярности, напряжение которого 40-55 В, дуга при варке должна составлять 10-15 мм. Сварку проводят без задержек максимально быстро, с применением проволоки из чистой (электролитической) меди или бронзы, содержащей примесь фосфора. Наклон электрода должен составлять 70-80°, прутка – 30°. Присадку нельзя опускать в сварочную ванну, ее надо держать между электродами и деталями, чтобы расплавленная медь скапывала в шов.

Состав защитных флюсов

Номер флюса	1	2	3	4
Процентное содержание	Борная кислота	__	50	10-20	__
Бура прокаленная	100	50	60-70	50
Фосфорнокислый калий	__	__	__	15
Кремниевая кислота	__	__	__	15
Древесный уголь	__	__	__	20
Поваренная соль	__	__	20-30	__

Использование электродов из металла

Электроды для сварки используются из меди или бронзы.

Для сварки меди и ее сплавов применяются электроды, изготовленные из меди или бронзы, на которые нанесено покрытие из раскислителя.

Чтобы обратная сторона шва формировалась лучше, выполняется сварка на медной подкладке. Толщина листов при данном методе должна составлять не больше 4 мм. Нужно также внимательно следить, чтобы расстояние между подкладкой и деталями составляло не больше половины миллиметра.

Легче варить детали, насыпая под шов в канавку подкладки тот же раскислитель, из которого сделано покрытие электродов.

Режим работы

Диаметр электродов, мм	3	4	5
Сила постоянного тока, А	90-110	120-140	170-190

Применяют обратную полярность тока. Работа выполняется быстро, дуга должна быть минимальной, применяемый флюс марки ММЗ-2.

Содержание в меди кислорода при варке металлическими электродами должно быть не более 0,01%, если его больше, то соединение выполняют при помощи угольных электродов.

Скрепление выполняют, также используя вольфрамовые и молибденовые электроды для сварки меди и ее сплавов с применением среды защитных газов (аргона, азота, аргоно-гелиевой смеси).

Одной из разновидностей соединения является контактная сварка меди. При этом способе на соединяемые детали воздействуют током, нагревая место стыка, и давлением электродов, пластически деформируя зону соединения. Применяется преимущественно на промышленных предприятиях для автоматизации массового или серийного производства однотипных изделий.

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.

Сложности сварки меди с нержавейкой

Наличие водорода и его выход в атмосферу имеет влияние на конечный результат сварки с нержавеющей сталью. Он может вызвать пористость меди и в дальнейшем образовать трещину в сварочном шве. Растворимость водорода зависит от температуры и парциального давления в атмосфере защитных газов. В процессе кристаллизации водород в меди растворяется в два раза быстрее, чем в другом железе.

Сера в меди присутствует до 0,1%, растворяется в жидком виде, но нерастворима в твердой меди. На качество сваривания не имеет существенного влияния.

Из-за перечисленных выше свойств существуют определенные сложности сварки меди с нержавеющей сталью:

1. Разный химический состав. Водород и кислород, присутствующие в меди, может существенно снизить качество сварочного шва.
2. Разные коэффициенты теплопроводности (у нержавеющей стали он намного ниже).
3. Разный температурный режим плавления: нержавейка плавится при 1800 оС, а медь при 1085 оС, активно вступая в реакцию с атмосферными газами.
4. Коэффициент растворения меди в нержавейке имеет максимум 0,4%.
5. В процессе формирования сварочного шва между сталью и медью формируется резкая граница из-за перенасыщения вкраплений из стали.
6. Есть вероятность образования в стали слоя с микротрещинами, которые будут заполнены медью. Для избежания этого необходимо сварочную дугу немного перемещать на медную деталь: таким образом в область шва подается расплав меди.

Проще выполнить сваривание нержавейки с чистой медью, чем с дополнительными включениями. Встречается такой состав без примесей реже, поэтому выбор свариваемого способа и основная технология процесса сварки такая же, как и для других цветных металлов.

Свойства материала

Чтобы сварить медь или сплавы на её основе, необходимо выполнять качественный прогрев конструкций. Благодаря отличной теплопроводности достаточно просто обеспечить равномерную температуру на поверхности детали и по толщине материала. Однако получение равномерного прочного шва требует использования определённых навыков.

Особенности сварки:

• при значительном повышении температуры в меди начинают проходить окислительные процессы, в результате которых создаются тугоплавкие фазы повышенной хрупкости, что негативно сказывается на её прочностных и пластических свойствах;
• в ходе охлаждения шва происходит значительная усадка, которая может становиться причиной появления трещин;
• в результате нагрева начинается поглощение газов, повышающие вероятность образования неравномерностей и раковин;
• сварные швы на стыках меди с нержавейкой и другими металлами имеют высокий уровень зернистости, связанной с неоднородностью материалов, соединение становится хрупким и ненадёжным;
• по причине высокой электропроводности на сварочном аппарате требуется выставлять большие токи, что делает бытовые инверторы непригодными для проведения сварных работ;
• из-за высокого уровня текучести металла при нагреве создание швов в вертикальном или потолочном расположении невозможно.

Как необходимо сваривать жильные скрутки

Чтобы не допустить возможное расплавление изоляции провода, к основанию свариваемой скрутки надо прикрепить радиатор, выполненный из металла. Отводить тепло от скрутки вам поможет зажим с большой площадью контакта, улучшающей процесс теплообмена. Лучше всего, чтобы радиатор был выполнен из меди, так как у этого металла высокая теплоотдача.

Перед началом самого процесса сваривания жил проводов, необходимо провести подготовительные работы, которые включают в себя процесс освобождения проводов от изоляции и оболочки. Длина при этом оголенных жил должна быть примерно 100 миллиметров, в этом случае скрутка будет не более 50 миллиметров.

Во время скручивания жил необходимо добиться их плотного прилегания друг к другу. При этом торцы жил должны быть на одном уровне, иначе при сваривании жила одного из проводов может оказаться за пределами сварного шва. Если после сварки один конец жилы получился длиннее остальных, его необходимо откусить с помощью бокорезов.

Вблизи сделанного вами радиатора к скрутке необходимо прикрепить зажим «массы или минуса», после этого поднесите к кончику жил электрод. Контакт электрода с жилами не должен превышать по времени двух секунд. После прерывания контакта на скрутке образуется сферической формы небольшой наплыв. Также свариваются и остальные скрутки жил проводов.

Альтернативные методы

Медь является металлом с высоким показателем пластичности, поэтому небольшие медные проводки хорошо свариваются термокомпрессионной сваркой. Для изделий с большим сечением рекомендуется применять диффузную сварку в условиях вакуума. В таких условиях медь может свариваться практически с любыми металлическими и даже неметаллическими материалами.

Холодная сварка хорошо скрепляет недвижимые детали

Холодную сварку можно применять в домашних условиях для грубого сваривания медных деталей. Сварка меди холодным способом способна обеспечить удовлетворительное электрическое сопротивление соединений. Для более качественной сварки медных деталей необходимо пользоваться энергетическими установками.