Подготовка под сварку металла и электродной проволоки.

Проволоки, листы, плиты, трубы и другие полуфабрикаты из меди и ее сплавов должны иметь сертификаты, определяю­щие их марку и химический состав. На заводе работники ОТК

проверяют поступившие медь и ее сплавы на соответствие свойств и состава сертификатам, ГОСТам или техническим условиям. -

Медные листы и плиты в процессе хранения укладывают в горизонтальное положение без провисания с прокладкой между ними алюминия меди или мягких пород дерева, исклю - чающих образование на меди вмятин и других повреждений.

В меди, предназначенной для изготовления ответственных сварных конструкций* перед запуском в производство необ­ходимо проконтролировать содержание кислороДа, которое ие должно превышать 0,01 %. Кроме того, требуется определить содержание висмута и свинца с помощью химического анали­за или качественной пробы. Для этого испытывают стандартные образцы на разрыв при температуре 550 °С. Если относитель­ное удлинение составляет более 5 %, медь можно применять для изготовления сварных конструкций ответственного назна­чения.

Режут металл на гильотинных ножницах или плазменной дугой, а кромки под сварку разделывают механическим путем на строгальном или фрезерном станке.

Сборка под сварку. При сборке под сварку тщательно под­гоняют стык по всей длине в приспособлениях, обеспечиваю­щих надежное поджатие свариваемых кромок. Однаколри этом должен быть исключен натяг, вызывающий дополнительные напряжения в металле. Смещение кромок и зазор между ними для большинства медных конструкций допускается не более 10 % толщины свариваемого металла, но не более 2 мм.

В - процессе сборки прихватки производят таким образом, чтобы их высота не превышала х/3 глубины разделки или ка­тета шва. При сварке по таким прихваткам образуется качест­венный сварной шов, не требующий подрубки прихваток перед сваркой. Длина прихваток должна равняться толщине свари­ваемого металла, а расстояние между ними не превышать L = (15...20) б при толщине свариваемого металла до 10 мм. При сварке меди болырей толщины расстояние между при­хватками составляетLn = (6...8)6. Перед прихваткой сваривае­мый *Металл предварительно подогревают. Зависимость темпе­ратуры от толщины меди представлена ниже.

-Толщина меди, мм 6—10 10—20 20—40 40 и более

Температура нагрева,- °С 200—250 250—300' 300—400 400—500

При охлаждении ниже 200 “б и повторном предварительном нагреве свариваемого изделия приХватки могут разрушиться, поэтому в перерывах между технологическими операциями изделие не должно охлаждаться ниже температуры 200—250°С.

Прихватки выполняют ручной дуговой сваркой покрытыми електродами, ручной дуговой сваркой неплавящимся электро­дом в среде защитных газов или полуавтоматической сваркой плавящимся электродом - в среде защитных газов. При ручной дуговой сварке прихватки выполняют электродами КОМ-1, ЭМ-1, ЭМ-2, ЭМ-3 и другими на постоянном. токе обратной полярности. Силу сварочного тока выбирают по зависимости / = (60...70)d3, ґде d3—диаметр электрода, мм. При полу­автоматической сварке' прихватки производят на постоянном токе обратной полярности проволоками МНЖКТ 5-1-0,2-0,2; БрКМцЗ-1, БрХ0,7 или другими диаметром 1,2—2,0 мм в за­висимости от толщины свариваемого металла. В качестве за­щитных сред служат аргон, азот или гелий. Расход защитных газов составляет 14—16 л/мин..

Для предупреждения проплавления металла, при необхо­димости, с обратной стороны стыка устанавливают формиру­ющие графитовые, магнезитовые или медные водоохлаждае­мые подкладки’. В зависимости от Конструктивных особенно­стей свариваемых деталей можно применять остающиеся под­кладки в виде лент, полос или проволоки.

Механизированная сварка плавящийся электродом. При. сварке меди и ее сплавов основной трудностью является по­лучение сварных швов без пор, окисных включений и трещин. Образование пор в металле шва может быть представлено зависимостью изменения растворимости водорода в меди от содержания в ней кислорода. Согласно диаграмме взаимной растворимости кислорода и водорода при снижении в метал­ле кислорода меньше определенного значения расплавленный металл склойен к активному поглощению водорода. В этом случае в процессе сварки при высокой влажности защитных газов и окружающего дугу воздуха, повышенном содержании водорода в металле и электродной проволоке или их загряз­нении. органическими веществами, металл шва насыщается водородом.

Если содержание водорода в металле превышает его рас­творимость, в процессе кристаллизации сварочной ванны об­разуется перенасыщенный раствор водорода в меди, который приводит к образованию пор, а при наплавке больших толщин металла и к трещинам. На поры и трещины такого происхож­дения активные раскислители влияния не оказывают и не пред­отвращают их образование. В целях борьбы с порами и тре­щинами такого происхождения в активную зону дуги вводят небольшие доли кислорода. .

Для Получения металла шва высокого качества содержание кислорода в смеси с инертными по отношению к меди газами

должно быть достаточным для полного связывания водорода в зоне дуги и предотвращения этим попадания его в свароч­ную ванну, и недостаточным для образования в шве закиси меди.

В случае если водорода в меди меньше критического значе­ния по диаграмме взаимной растворимости, медь может усваи­вать кислород в значительных объемах. В этом случае во­дород, попадающий из зоны дуги в ванну, восстанавливает закись меди. Образующиеся при этом в металле шва пары во­ды способствуют образованию пор и трещин. В этом случае для борьбы с кислородом в меди применяют активные раски - слители: фосфор, марганец, кремний, титан, цирконий и дру­гие активные к кислороду элементы.

Для меди характерно отсутствие внутреннего окисления и весьма интенсивное образование окислов на ее поверхности при высоких температурах. Толщина образуемых окислов тем больше, чем выше температура нагрева и больше при ней время выдержки. Поэтому нагрев меди в процессе сварки и Особенно предварительный ее подогрев приводят к окисле­нию поверхности металла с образованием закиси меди зна­чительной толщины.

При нарушении технологии сварки расплавленный металл затекает вперед движения дуги, заплавляя окислы меди на свариваемых кромках. В этом случае окислы меди остаются в шве в виде неметаллических включений. В зависимости от массы попавших в наплавленный металл окислов в швах образуются несплавления или черноты, располагающиеся меж­ду ujbom и основным металлом или между отдельными валика­ми или слоями.

Для предотвращения образования таких дефектов процесс сварки в среде защитных газов выполняется таким образом, чтобы дуга частично горела на расплавленном металле ванны, а часть дуги располагалась на окисленной поверхности свари­ваемых кромок. Под воздействием температуры дуги окислы меди на свариваемых кромках диссоциируют и в сварочную ванну не попадают.

Такая технология может быть выполнена только при стро­гом соответствии требованиям силы тока, скорости подачи электродной проволоки, ее диаметра, скорости сварки, напря­жения на дуге, наклона электрода и соблюдении других па­раметров режима и технологических приемов сварки.

В этом случае ручная дуговая сварка неплавящимся элек­тродом в среде защитных газов предпочтительна слева напра­во, а полуавтоматическая сварка плавящимся электродом в газовой среде — справа налево. При сварке неплавящимся
электродом горелка долж­ка располагаться дл я свар­ки углом назад на 40—

Рас. 6.9. Влияние температуры пред­варительного подогрева на угол смачи-

45° от металла, а присадоч­ный металл подаваться с хвостовой части ванны под углом 30—35° к свари­ваемому металлу. В про­цессе полуавтоматической сварки угол наклона го­релки от металла при рас­положении углом вперед

-7г Ало вании при сварке меди

должен составлять 75—80. «■ к *

Так же располагается го­релка или электрод при автоматической сварке как в среде защитных газов, так и под'слоем флюса. Ввиду высокой теп­ло - и температуропроводности изделия из меди подвергают предварительному подогреву и повышенной погонной энергии сварки. Температура предварительного подбгрева зависит от массы и химического состава свариваемого изделия, условий сварки и ее погонной энергии, выдержки между наплавляе­мыми валиками, применяемой защитной среды и других фак­торов [51. В процессе сварки предварительно нагретое изде­лие остывает, а теплота, вводимая в процессе сварки, способ­ствует его восстановлению до заданной температуры. Такой оптимальный вариант на практике встречается весьма редко.

При сварке изделий большой массы тепла дуги недостаточ­но для поддержания заданной температуры нагрева. В этом случае основной металл не смачивается наплавленным металлом и образуются несплавления шва. Если температура нагрева изделия будет выше оптимальной, расплавленный металл ста­новится жидкотекучим и затекает вперед дуги. Это снижает глубину проплавления и образует в шве наплывы и непровары. Для поддержания заданной температуры в этом случае процесо сварки периодически прекращают, охлаждая изделие до за­данной температуры. Чтобы получить сварные швы высокого качества и обеспечить необходимую производительность про­цесса, температура изделий при сварке не должна отличаться более чем на ^50 °С от оптимального значения. Такие условия обеспечивают угол смачивания 70—90°, что позволяет получать высокое качество сварных швов (рис. 5.9).

В зависимости от конструктивных особенностей сварива­емого изделия из меди технология сварки должна обеспечивать выполнение всех сварочных операций не более чем за три - четыре предварительных подогрева свариваемого изделия.

Если изделие остыло ниже температуры 100—150 °С, очеред­ной предварительный подогрев его считают следующим циклом нагрева. При несоблюдении таких условий в зоне сплавления и в сварных швах возможно появление трещин, заметно снижа­ются также механические свойства сварных соединений.

Перед нагревом и сваркой кромки на 30—50 мм в обе сто­роны от стыка зачищают стальной щеткой. Для предотвраще­ния окисления в процессе сварки и предварительного подо­грева кромки после зачистки покрывают спиртовым раствором графита и переплавленной буры. Горелки подогрева должны' быть направлены на 70—100 мм по обе стороны стыка, а их пла­мя при перемещении горелок не должно попадать на кромки.

Медь толщине® до 10 мм сваривают без разделки кромок. При толщине свариваемого металла от 10 до 25 мм производится V-образная разделка кромок, а при толщине более 25 мм — Х-образная разделка кромок с притуплением 2—3 мм и углом раскрытия 60—70°.

Для металла толщиной более 20 мм кромки разделывают согласно, рис. /—IV из табл. 5.2. Основные размеры раз­делок приведены в табл. 5.10. Сварку начинают и заканчива­ют на технологических планках размером 100 X 100 мм с фор-, мой разделки и толщиной металла, соответствующей сварива­емому металлу. Если предусмотрен припуск на механическуїр обработку в начале и конце шва, технологические планки можно не применять. При отсутствии технологических планок кратер в конце шва заваривают без перемещения горелки

Таблица 5.10. Размеры разделок хромок стыковых соединений меди и ее сплавов Толщина ^металла, “ им Параметры разделок (табл. 5.2) 1 и ill IV 20 ^ = 8 ± 1 В= 12 ± 1 а = 0+1 • — — hi=5± 1 hj — остальное В = 4 ± 1 о = 0+1 25 Л1 == 8 ± 1 В = 12 ± 1 а=0+1 ^ = 6 ± I Лл — остальное В = 12 ± I а — 0 + 1 Л, = 4 ± I fts = 5 ± I Л8 — остальное Я = 8 ± 1 а = 0+1' hi = 8 ± 1 h~ — остальное В = 4± 1 а = 0+1

вперед. В случае вынужденных перерывов сварки кратер ра­нее выполненного шва после предварительной вырубки и за­чистки перекрывают на 15—30 мм. Допускается выплавка кратера дугой с последующей беспрерывной' его заваркой. Автоматическую и полуавтоматическую сварку меди и ее сплавов в среде защитных /азов производят плавящимся электродом, а автоматическую и ручную дуговую сварку — неплавящимся электродом.

Дуговая сварка неплавящимся электродом применяется для сварки меди толщиной до 10 мм. Медь большей толщины сваривают плавящимся электродом автоматической или полу­автоматической сваркой. При автоматической сварке меди и ее сплавов плавящимся электродом для защиты дуги ‘исполь­зуют аргон, гелий или азот. Полуавтоматическая сварка - при­меняется для сварки мелких узлов, прихватки изделий перед сваркой, приварки технологических планок и ремонта дефект­ных участков сварных швов.

При неизменном режиме сварки (/св = 400,..450 А, £/д = -

= 32...34 В, оСв = 14...16 м/ч, температура предварительного подогрева меди 400—450 °С) примесь к аргону азота увеличи­вает глубину провара и массу ванны от 4 г при сварке в ар­гоне до 9 г при сварке в азоте. Такое изменение состава защит­ной среды уменьшает удельнур энтальпию металла сварочной ванны от 2156 • 10 ~3 Дж/кг при сварке в аргоне до 1960 х X 10 ~8 Дж/кг при сварке в азоте. Добавка к аргону гелия повышает массу ванны до 6 г, а удельная энтальпия ее по сравне­нию с защитой дуги аргоном уменьшается до 2055 • 10~3Дж/кг.

Таким образом, при неизменных параметрах режима тепло - вложение в металл ванны составляет (Дж) в аргоне 3684,4, в гелии 5275,4 и в азоте 7536,2. Приведенные данные показы­вают, что с энергетической стороны в качестве защитной среды лучше применять азот, затем гелий и аргон. В результате более высокого тепловложения в металл при сварке меди в среде азота увеличивается глубина провара, что позволяет снизить температуру предварительного подогрева свариваемых изде­лий и повысить эффективный КПД процесса. *

Для получения сварных швов без пор и других дефектов к защитным газам добавляют небольшие доли кислорода [121. Кислород, поступающий в зону дуги с защитным газом, рас­ходуется на потери в окружающее пространство, на взаимодей­ствие с водородом диссоциации влаги защитного газа и окру­жающего воздуха, на взаимодействие с водородом, поступающим в зону дуги с электродным и свариваемым металлом, на окис­ление свариваемого металла и его легирующих добавок, на образование озона и других химических соединений.

Водород, находящийся в атмосфере дуги, взаимодействует с кислородом смеси в первую очередь, а оставшийся после этого кислород затрачивается на окисление металла. Поэтому добавка кислорода, необходимая для взаимодействия с водо­родом в воне дуги и устранения этим причин образования пор в металле шва, считается полезной и не должна превышать до­пустимых норм.

Смеси защитных газов, удовлетворяющие таким требова­ниям: Аг +др 2 % Ojt Nj +до 4 % Оя; Не+до 2 % О,; 25 — 35 % Не + до 4 % Оа+ Аг остальное; 25 —- 35 % Nj-f-до 4 % Oj-f Аг остальное [II.

Для сварки меди применяются проволоки МНЖКТ 5-1- -0,2-0,2; БрНЦрТ; БрНЦр; БрКМц 3-1; БрХ0,7 и БрХНТ. Сварка бронзы БрОЦС5-5-5 выполняется проволоками БрКМцЗ-1 или БрАМц9-2, для сварки бронзы БрАЖ9-4 используется проволока БрАМц9-2, а бронзы БрКМцЗ-1 — проволока БрКМцЗ-1.

Автоматическая сварка плавящимся элек­тродом в среде защитных газов производится на постоянном токе обратной полярности сварочными автоматами, снабжен­ными горелками типа ГУ. Размер горелки выбирается в зави­симости от диаметра применяемой сварочной проволоки. Сварка выполняется горелкой, наклоненной углом вперед на 10—15° от вертикали, на режимах, приведенных в табл. 5.11. Расход защитных газов для сварки металла толщиной 8—16 мм составляет 20—25 л/мин, при большей толщине металла рас­ход возрастает до 25—30 л/мин. Для надежной защиты дуги расстояние от сопла горелки до свариваемого металла должно быть 20—25 мм, а длина дуги должна быть в пределах (1 ...2)d3.

В связи с большой жидкотекучестью расплавленной меди глубина проплавления в значительной степени зависит от угла наклона изделия. Так, при сварке на спуск металл ванны под­текает под дугу. Это уменьшает глубину проплавления, уве­личивает ширину сварного шва и снижает высоту его усиления.

Таблица 5.11. Режимы автоматической сварки меди и ее сплавов плавящимся електродом в среде защитных газов Толщина металла, мм Диаметр' электрод­ной прово­локи, мм Сила сва­рочного тока, А Напряжение на дуге. В Скоросп, сварки, м/ч 8-Ю 2,5 320-360 24—26 16—22 10—16 3,0 380—450 28—30 14-18 16—22 3,0 450—550 30—34 12—16 22-28 3,0 550—600 34—36 12—16

При сварке на подъем увеличивается глубина проплавления, уменьшается ширина и возрастает высота усиления сварного шва, поэтому для увеличения глубины проплавления иногда сварку ведут на подъем с наклоном изделия на 4—6°.

В зависимости от конструкции изделия сварку выполняют на стендах, снабженных флюсовыми подушками, в кантова­телях или на манипуляторах.

Угловые и нахлесточные соединения сваривают в симмет­ричную лодочку. В этом случае оба листа соединения (при условии их нагрева до одинаковой температуры) проплавля­ются на одинаковую глубину. Угловой шов, состоящий из медного и стального листов одинаковой толщины, сваривают в несимметричную лодочку, при этом изделие должно распо­лагаться таким образом, чтобы вертикально расположенный электрод образовывал со стальным листом угол ЗСР. При такой технологии будет равномерное проплавление как стального, так и медного листа. Если стальной лист по толщине боль­ше медного, применяют сварку в симметричную лодочку. Автоматическая сварка неплавящимся электродом выпол­няется на постоянном токе прямой полярности или переменном токе в среде аргона, азота, гелия и их смесей горелками ГН или другими, обеспечивающими достаточное качество сварных соединений.

Полуавтоматическая сварка плавящим­ся электродом применяется для сварки меди и ее сплавов тол­щиной от 2—3 мм и выше и выполняется на постоянном токе обратной полярности в среде аргона, азота, гелия и их смесей с кислородом. Режимы полуавтоматической сварки приведены в табл. 5.12.

Полуавтоматическую сварку швов длиной 500—700 мм производят без перерыва, а швы большей длины сваривают обратноступенчатым способом. Порядок сварки таврового со­единения приведен на рис. 5.10, а стыкового соединения — на рис. 5.11, а, б. При сварке горелку наклоняют углом вперед на 10—15° от вертикали. Расстояние от сопла горелки до сварива­емого металла 20—25 мм. В процессе сварки шлаиг с прово­локой следует располагать так, чтобы не допустить образова­ния сгибов проволоки.

Сварка латуни связана с трудностями из-за интенсивного испарения цинка. Латуиь сваривают плайящимся электродом в среде аргона или гелия проволоками БрКМцЗ-1 или БрАМц9-2. Латунь толщиной до 20 мм сваривают без предва­рительного подогрева. Сварку латуни с медью выполняют в аргойе, гелии или азоте проволоками БрКМцЗ-1, БрАМЦ9-2 или МНЖКТ 5-1-0,2-0,2.

Таблица 5.12. Режимы полуавтоматической сварки меди - ■ ее сплавов плавящимся електродом в среде защитных газов Марка свариваемого металла Марка сварочной проволоки Диаметр сварочной проволо­ки, 1iu Сила свароч­ного тока, А Напряже­ние на дуге, В М006; МОб; МІ6; М1у; Міф; Ml; Мір; М2р; МЗр МНЖКТ5-1-02-0,2; БрНЦрТ 1,2 1,6 2,0 140—160 200—240 280—340 20—22 22—24 26—28 . БрКМцЗ-1 БрКМцЗ-1 1,2-2,0 220—340 24—32 БрАЖ9-4; 1,2 220—240 26—28 БрАЖМцЮ-3-1,5; БрАМц9-2 1,6 260—280 28-30 БрАМц9-2 2,0 _ 280—340 30-34 БрОЦ4-3; 1,2 200-220 26—28 БрОЦС5-5-5 БрОФб.5-0,15 1,6 240—260 28—30 • 2.0 260—280 28-32

Для сварки или заварки дефектов на бронзах, содержащих свинец, применяют порошковые проволоки сходного состава. Например, для бронзы БрОЦСб-6-3 используется проволока ПП БрОЦС6-6-3, а для бронзы БрОСЮ-Ю — проволока ГШБрОСШ-10. Оловянные бронзы, не содержащие свинца, сваривают проволокой из фосфористой бронзы, содержащей 4,5—7,5 % олова, а сварку кремнистых и алюминиевых бронз с медью — проволоками БрКМЦЗ-1 и БрАМц9-2.

Ручная дуговая сварка неплавящимся электродом. Ручная дуговая сварка неплавящимся электродом в среде защитных газов выполняется на постоянном токе прямой полярности и переменном токе. Медь сваривать лучше постоянным током прямой полярности, а бронзы — переменным током от источ­ников питания УДГ-301 или УДГ-501.

Для защиты дуги при сварке. используют аргон, гелий, азот иЛи их смеси. Наибольшую глубину проплавления обес­печивает в качестве защитной среды азот, затем гелий и ар­гон. Однако качество швов лучше при сварке в-среде гелия, затем аргона и азота. Рекомендуемые режимы ручной дуговой сварки приведены в табл. 5.13.

ГІри сварке меди неплавящимся электродом обычно исполь - «уются источники питания дуги постоянного тока с крутопа-

Таблица 5.13. Режимы ручной дуговой сварки меди и ее сплавов неплавящимся электродом в среде защитных газов Толщина металла» мм Диаметр не - плавящегося электрода, мм Сила свароч­ного тока, А Напряжение на дуге, В Толщина ме­талла, мм Диаметр не - плавящегося * электрода, мм Сила свароч­ного тока, А Напряжение на дуге, В 2—4 4—6 2 3-4 100—200 200-280 24—28 28—32 6-8 8 и более 4—6 6 280—360 360—420 32—34 34—36 Примечание, расход защитных газов 14—16 л/ыии.

дающей внешней характеристикой. Возможно применение источников питания дуги с пологопадающей внешней харак­теристикой. В качестве присадки при сварке оловянных бронз служит «іроволока БрКМцЗ-1 или прутки состава, %; Sn = = 7,5...8,0; Si = 0,55...0,60; Fe - 0,12...0,15; Р = 0,20... ...0,25 и Си = 91. Такие бронзы сваривают с предварительным подогревом до температуры 250—300 °С. ■

	-------------- '
-г-

6-й с

3-й cm - 2-й слай-

Рис. 5АО. Порядок сварки таврового соединения

Токоподводы мощных энергетических устано­вок работают в тяже­лых условиях, воспри­нимая значительные ди­намические и токовые нагрузки. Поэтому со­единения токоподводов с медными шинами долж­ны быть надежными и не оказывать значительно­го сопротивления элек­трическому току. Изго­тавливают токоподводы в виде медной фольги и подключают к шинам с помощью болтов и мед­ных нчкладок. Такие со­единения требуют боль­шого расхода металла, а в процессе эксплуата­ции их необходимо пе­риодически разбирать

1иУ-йст' 2и$-й сят ' Зиі-й am. - Ins-й ела -

Хорены тН{н)

і З і І

fulrd ет 2-J—7 fuS-й слои ' ___ • - Г JJH—3— Зид-й слои '— Ц9иЮ-й слои '

Рас. 5.11. Порядок сварки стыкового соединения!

а одностороннего; б — двустороннего

для удаления окисной пленки. Это снижает надежность работы оборудования и требует значительных затрат труда и средств.

Соединения высокой надежности могут быть получены с по­мощью сварки. Перед сваркой кромки ра медном листе обра­батывают под углом 30—35° с притуплением 1 мм. Медную фольгу укладывают в пакет и надежно Закрепляют таким об­разом, чтобы свариваемая кромка также имела угол 30—35°. Затем на кромку пакета фольги наплавляют слой меди тол­щиной 4—5 мм (рис. 5.12).

Подготовленные таким образом медный лист и пакет фольги с оплавленной кромкой укладывают в приспособление так,

чтобы общий угол разделки составлял 60—70°. Перед

сваркой стыки подогревают газовыми горелками до тем­пературы согласно [51. При­меняется ручная дуговая сварка неплавящимся элек­тродом в среде азота, арго­на, гелия или их смесей на постоянном токе 400—450А прямой полярности. Диа­метр электрода 6 мм. Рас - Рис. 5,12. Схема. сварки меди с мед - ХОД защитных газов 14

и ой фольгой: 16 л/мин. Присадочный ме-

/ —скоба; 2—стальной клин; 3~ стальная ТЭЛЛ — ПРОВОЛОКИ Ml ДИЭ-

накладка; 4 *= стальная формирующая под - ^ г

кладка МЄТрОМ 3 ММ.

ш

Контролируют сварные соединения рентгенопросвечива - нием стыка и механическими испытаниями контрольных образ­цов. Предел прочности таких соединений 0,85—0,90 прочно­сти листовой меди, а разрыв происходит по фольге в зоне тер­мического влияния.