Сварка меди и медных сплавов: Объяснения | MachineMFG

Сварка меди и медных сплавов: Объяснения

0
(0)

Медь и медные сплавы широко используются благодаря своим уникальным и превосходным комплексным свойствам. Медь и медные сплавы обладают превосходной электро- и теплопроводностью, высокой стойкостью к окислению и коррозии в пресной и соленой воде, щелочных растворах и органических химических веществах.

Однако они подвержены коррозии в окислительных кислотах. Медные сплавы обладают хорошей холодной и горячей обрабатываемостью и повышенной прочностью. Медь и медные сплавы широко используются в таких отраслях, как электротехническая, электронная, химическая, пищевая, энергетическая, транспортная, аэрокосмическая и оборонная.

В промышленном производстве используются различные виды меди и медных сплавов, и в большинстве стран они классифицируются по химическому составу. Медь и медные сплавы можно разделить на чистую медь, латунь, бронзу и белая медь, среди прочих.

Мягкая отожженная чистая медь обычно используется для сварки конструкций. К распространенным типам чистой меди относятся Т1, Т2, Т3, Т4, а также раскисленная медь (бескислородная медь) TU1, TU2 и т. д. Латунь - это медный сплав, состоящий преимущественно из цинка.

Часто используемые латуни и специальные латунные сплавы включают H62, H68, H96, HPb59-1, HSn62-1 и т. д. Бронза первоначально относилась к медно-оловянным сплавам, но сейчас она обычно используется для описания медных сплавов, в которых цинк или никель не являются основными легирующими элементами. Распространенные виды бронзы К ним относятся оловянная бронза (QSn4-3), алюминиевая бронза (QAl9-2), кремниевая бронза (QSi3-1) и др.

Кроме того, сплавы меди с никелем в качестве основного легирующего элемента называются белой медью.

1. Свариваемость меди и медных сплавов

Сайт свариваемость медь и медные сплавы сравнительно плохие, что делает их сварку гораздо более сложной по сравнению с низкоуглеродистой сталью. Основные трудности наблюдаются в следующих аспектах:

(1) Плохая способность к формированию сварного шва:

При сварке меди и большинства медных сплавов возникают трудности с получением плавления, неполное проплавление шва и плохое формирование поверхности. В основном это связано с высокой теплопроводностью меди: теплопроводность меди и большинства медных сплавов в 7-11 раз выше, чем у обычной углеродистой стали.

В результате тепло быстро отводится от зона сварки. Чем толще заготовка, тем сильнее отвод тепла. Хотя медь имеет более низкую температуру плавления и удельную теплоемкость по сравнению с железом, ей все равно сложно достичь температуры плавления в зоне сварки, что затрудняет сплавление основного и присадочного металла.

Кроме того, отличная теплопроводность меди приводит к расширению зоны термического влияния, что может привести к значительной деформации, если заготовка имеет низкую жесткость. И наоборот, когда жесткость высока, это может вызвать значительные сварочные напряжения в заготовке.

Плохое формирование поверхности меди и медных сплавов в основном объясняется тем, что поверхностное натяжение при плавлении составляет одну треть от стального, а текучесть в 1-1,5 раза выше, чем у стали, что делает ее более восприимчивой к потере металла при плавлении.

Поэтому при сварке чистой меди и большинства высокопроводящих медных сплавов, помимо использования мощных и высокоэнергетических плотностей методы сваркиТакже необходимо включать различные степени предварительного подогрева. Не допускается использование односторонней сварки без поддержки, а при выполнении односторонней сварки необходимо добавлять опорную пластину для контроля формирования сварного соединения.

(2) Высокая восприимчивость к термическому растрескиванию в сварных швах и зонах термического воздействия:

Склонность к образованию термических трещин в сварных швах связана с влиянием примесей в сварном шве, а также зависит от напряжений, возникающих во время процесс сварки. Кислород является распространенной примесью, содержащейся в меди, и он оказывает значительное влияние на склонность к термическому растрескиванию в сварных швах.

При высоких температурах медь реагирует с кислородом воздуха, образуя Cu2O. Cu2O растворим в жидкой меди, но не растворим в твердой меди, образуя эвтектику с низкой температурой плавления. Примеси, такие как Bi и Pb в меди и медных сплавах, имеют низкие температуры плавления.

В процессе затвердевания сварочной ванны они образуют эвтектику с низкой точкой плавления, которая распределяется между дендритами или по границам зерен, вызывая значительную термическую хрупкость меди и медных сплавов. Когда сварной шов находится в твердо-жидкой фазе, эвтектики с низкой температурой плавления в зоне термического влияния повторно расплавляются под воздействием сварочных напряжений, что приводит к тепловые трещины.

Медь и медные сплавы имеют относительно высокие коэффициенты линейного расширения и скорости усадки, а также обладают высокой теплопроводностью. При сварке требуются мощные источники тепла, что приводит к расширению зоны термического воздействия. В результате сварные соединения испытывают значительные внутренние напряжения, что является еще одним фактором, приводящим к образованию трещин в сварных швах из меди и медных сплавов.

Кроме того, при сварке чистой меди металл шва состоит из однофазной структуры. Из-за высокой теплопроводности чистой меди сварной шов имеет тенденцию к образованию крупных зерен. Это еще больше усугубляет образование термических трещин.

Поэтому для предотвращения образования термических трещин при использовании сварки плавлением для сварка меди и медных сплавов, необходимо принять следующие металлургические меры:

1) Строго контролируйте содержание примесей (таких как кислород, висмут, свинец, сера и т.д.) в меди.

2) Повышение способности сварного шва к раскислению путем добавления в сварочную проволоку легирующих элементов, таких как кремний, марганец, фосфор и т.д.

3) Выберите сварочные материалы что позволяет получить дуплексную структуру, которая нарушает сплошность эвтектических пленок с низкой температурой плавления и изменяет направление столбчатых зерен.

4) Применяйте такие меры, как предварительный подогрев и медленное охлаждение для снижения сварочных напряжений, минимизации размера корневого зазора и увеличения размеров корневого прохода для предотвращения образования трещин.

(3) Восприимчивость к образованию пористости:

При сварке плавлением меди и медных сплавов тенденция к образованию пористости гораздо более значительна по сравнению с низкоуглеродистой сталью. Для уменьшения и устранения пористости в медных сварных швах основными мерами являются уменьшение источников водорода и кислорода и предварительный подогрев для увеличения времени существования расплавленной ванны, что облегчает выход газов.

Использование сварочных проволок с сильными раскислителями, такими как алюминий, титан, и т.д. (которые также могут удалять азот и водород) или добавление таких элементов, как алюминий и олово, в медные сплавы может дать хорошие результаты в плане раскисления.

(4) Уменьшение сварное соединение производительность:

В процессе сварки плавлением меди и медных сплавов в сварных соединениях происходит интенсивный рост зерна, испарение и выгорание легирующих элементов, а также проникновение примесей, что приводит к снижению механических свойств, электропроводности и коррозионной стойкости сварных соединений.

1) Значительное снижение пластичности:

В сварном шве и зоне термического влияния происходит огрубление зерна, а на границах зерен появляются различные хрупкие эвтектики с низкой точкой плавления, что ослабляет прочность соединения металла и значительно снижает пластичность и вязкость шва. Например, при использовании сварочных электродов из чистой меди для дуговая сварка или дуговой сварки под флюсом, удлинение соединения составляет всего от 20% до 50% основного материала.

2) Снижение электропроводности:

Добавление любого элемента к меди снижает ее электропроводность. Поэтому плавление примесей и легирующих элементов в процессе сварки в определенной степени ухудшает электропроводность меди суставы.

3) Снижение коррозионной стойкости:

Коррозионная стойкость медных сплавов достигается за счет легирования такими элементами, как цинк, марганец, никель, алюминий и т. д. Испарение и окисление этих элементов в процессе сварки плавлением в определенной степени снижает коррозионную стойкость соединения. Возникновение сварочных напряжений также повышает риск коррозии под напряжением.

Меры по улучшению характеристик соединения в основном включают контроль содержания примесей, уменьшение выгорания сплава и термическую обработку для изменения микроструктуры сварного шва. Также полезны минимизация теплового воздействия во время сварки и снятие напряжения после сварки.

2. Выбор методов сварки

В настоящее время существует множество методов сварки меди и медных сплавов. Обычно используются такие методы сварки, как газовая сварка, дуговая сварка в защитной оболочке, сварка вольфрамовым электродом в инертном газе (TIG), сварка расходуемым электродом аргонодуговая сваркаи дуговая сварка под флюсом.

Выбор метода сварки должен основываться на составе, толщине, структурных характеристиках и эксплуатационных требованиях к свариваемому материалу.

Медь - металл с наилучшей теплопроводностью среди широко используемых сварка металлов. Поэтому для сварки меди и ее сплавов требуются высокомощные и высокоэнергетические методы сварки.

Предпочтительны более высокая тепловая эффективность и более концентрированная энергия. Различные толщины материалов по-разному адаптируются к различным методам сварки.

Например, тонкие пластины лучше всего подходят для Сварка TIG и газовой сварки. Средние и толстые листы лучше подходят для дуговой сварки под флюсом, аргонодуговой сварки расходуемым электродом и электронно-лучевой сварки. Для толстые пластиныРекомендуется использовать сварку MIG и дуговую сварку в защитной оболочке.

3. Выбор сварочных материалов

1) Сварочная проволока:

Помимо соблюдения общих технологических и металлургических требований, сварочная проволока для сварки меди и медных сплавов должна в основном контролировать содержание примесей и улучшать способность к раскислению, чтобы избежать образования термических трещин и пористости.

Для сварки чистой меди в сварочную проволоку в первую очередь добавляют раскисляющие элементы, такие как Si, Mn, P. Обычно используются сварочные проволоки высокой чистоты сварка меди проволока HSCu, которая часто используется при газовой сварке вместе с растворителем CJ301, а при дуговой сварке под флюсом - вместе с флюсом HJ431.

2) Сварочные электроды:

Электроды для дуговой сварки меди можно разделить на медные и бронзовые, причем бронзовые электроды используются чаще. Из-за склонности цинка, содержащегося в латуни, к испарению, медные электроды редко используются для дуговой сварки.

В таких случаях можно использовать бронзовые электроды. В качестве медных электродов обычно используются электрод из чистой меди Т107 и электрод из кремнистой бронзы Т207.

4. Предварительная подготовка к сварке

Требования к предварительной обработке сварных соединений из меди и медных сплавов относительно строгие. Предсварочная очистка меди и медных сплавов в основном включает в себя удаление масла и оксидных пленок. Перед удалением оксидной пленки очистите канавку и загрязнения в диапазоне 30 мм с обеих сторон шва с помощью бензина или ацетона.

Затем очистите канавку от масляных загрязнений с помощью раствора гидроксида натрия 10% при температуре 30-40℃, после чего промойте водой. Погрузите соединение в раствор азотной кислоты 35%-40% на 2-3 минуты, снова промойте водой, а затем высушите.

Удаление оксидных пленок может осуществляться путем механической и химической очистки. Для механической очистки используйте пневматический проволочный круг или проволочную щетку, чтобы отполировать поверхность сварочной проволоки и сварного шва до появления металлического блеска.

Химическая очистка предполагает погружение сварной детали в смешанный раствор из 70 мл/л HNO3, 100 мл/л H2SO4 и 1 мл/л HCl для очистки, затем нейтрализацию щелочным раствором, промывку чистой водой, а затем сушку горячим воздухом.

5. Ключевые моменты процесса сварки

Газовая сварка:

Газовая сварка подходит для сварки тонких медных деталей, ремонта медных деталей или сварки некритичных конструкций.

1) Предварительный подогрев перед сваркой:

Для газовой сварки чистой меди обычно требуется предварительный подогрев, чтобы предотвратить возникновение внутренних напряжений, трещин, пористости и неполного проплавления. На сайте температура предварительного нагрева для тонких листов и сварных изделий небольшого размера составляет около 400-500℃, в то время как для толстых и крупных сварных изделий температура предварительного нагрева должна быть увеличена до 600-700℃. Температура предварительного нагрева для латуни и бронзы может быть немного ниже.

2) Выбор параметры сварки и техника сварки: Медь обладает высокой теплопроводностью, поэтому энергия пламени, используемая для сварки, обычно в 1-2 раза выше, чем при сварке углеродистой стали. При сварке чистой меди следует строго использовать нейтральное пламя.

Окислительное пламя может вызвать окисление сварного шва и выгорание легирующих элементов. Науглероживающее пламя может увеличить содержание водорода в сварном шве и привести к образованию пористости.

При газовой сварке тонких листов следует использовать левосторонний метод сварки, так как он помогает подавить рост зерен. При толщине заготовки более 6 мм предпочтительнее использовать правосторонний метод сварки, так как он обеспечивает более высокую температуру нагрева основного металла и лучшую видимость расплавленной ванны, что делает работу более удобной.

Движение сварочной горелки должно быть как можно более быстрым, а каждое сварной шов не должны прерываться случайным образом. Предпочтительно завершать каждый сварной шов за один проход.

При сварке длинных швов перед сваркой необходимо оставить соответствующий припуск на усадку, а перед сваркой выполнить позиционирование. Для уменьшения деформации во время сварки следует использовать метод сегментированного обратного шага.

Для медных сварных соединений, подверженных нагрузкам или имеющих большую важность, необходимо проводить послесварочную обработку молотком и термическую обработку. После сварки тонких медных деталей зону термического влияния с обеих сторон шва следует немедленно обработать молотком.

Для плит средней толщины более 5 мм перед забиванием их следует нагреть до 500-600℃. После забивки заготовку следует нагреть до 500-600℃, а затем быстро охладить в воде, что может улучшить пластичность и вязкость соединения.

6. Типичные примеры сварки широко используемой меди и медных сплавов

Имеется водяная рубашка электрода, изготовленная из раскисленной меди TU1. Электродное соединение сваривается с помощью сварки MIG, а конкретный процесс сварки приведен в таблице 5-37.

Таблица 5-37 Технологическая карта сварки для соединения TU1

Технологическая карта сварки для стыковой сваркиНомер
Совместная диаграмма:
 
Материал основания МатериалTU1TU1
Толщина основного материала15 мм15 мм
Положение при сваркеПлоская сварка
Техника сваркиПрямая траектория сварки
Температура предварительного нагрева500℃
Температура перепуска≥500℃
Диаметр соплаΦ26 мм
Защитный газArСкорость потока газа (л/мин)Спереди: 25~30
Назад:
Последовательность сварки
1Проверьте размеры пазов и качество поверхности.
2Удалите масло и грязь из паза и его окрестностей. Очистите смазку с помощью водного раствора 10% NaOH при температуре 30~40℃, затем промойте чистой водой и высушите. Удалите оксидную пленку путем шлифования проволочным кругом из нержавеющей стали, затем промойте щелочной водой, после чего промойте чистой водой и высушите.
3Выполните прихваточную сварку для первого слоя, используя технику внешней позиционной сварки. Длина должна составлять 100 мм, а расстояние между точками сварки не должно превышать 300 мм. Если в шве прихватки появляются трещины, удалите их и заварите заново.
4Соедините электроды на специально разработанном приспособлении. Разогрейте заготовку с помощью электронагревателя с температурой предварительного нагрева 500℃ и убедитесь, что температура межслойной прослойки не ниже 500℃.
5Начинайте сварку с внешней стороны, чтобы избежать образования сварочных шариков на внутренней стороне сварного шва. Убедитесь, что округлость внутренней окружности электрода и гладкости внутренней поверхности.
6Выполните визуальный осмотр.
7При необходимости выпрямите.
8Выполните послесварочную термообработку.

Параметры сварочных характеристик

ПроходитМетод сваркиМарка сварочного материалаСпецификация сварочных материаловВиды тока и полярностьСварочный ток (ампер)Напряжение дуги (вольт)Скорость сварки (мм/за проход)Примечания
1~2MIG (полуавтоматическая)HSCu1.6DCEP350~40030~35250~300 

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх