Медь толщиной до 4 мм сваривают без разделки кромок и подогрева. При толщине 5–10 мм необходимы предварительный подогрев до температуры 400 °C и односторонняя разделка кромок с углом 60–70° и притуплением кромок 1,5–3 мм. При бóльших толщинах рекомендуется X-образная разделка.
Рекомендуются электроды марок «Комсомолец-100», ОЗЧ-1 и ОЗЧ-2. У них стержень медный, сварочный ток 50 А на 1 мм диаметра электрода, напряжение на дуге 25–30 В. Электроды марок АНЦ-1 и АНЦ-2 обеспечивают выполнение сварки без подогрева меди толщиной до 15 мм или с невысоким (250–400 °C) подогревом для металла бóльших толщин. Медные электроды диаметром менее 3 мм применяют редко вследствие низкой механической прочности стержня.
Ручную аргонодуговую сварку выполняют вольфрамовым электродом постоянным током прямой полярности в аргоне высокой чистоты, а также в среде гелия, азота или их смеси и водорода. Металл толщиной более 4 мм сваривают с предварительным подогревом до температуры 800 °C. В качестве присадки используют прутки из раскаленной меди, медно-никелевого сплава (МНЖКТ-5–1–0,2–0,02), бронзы (БрКМцЗ-1, БрОЦ4–3), а также специальных сплавов, содержащих эффективные раскислители – редкоземельные металлы. Для металла толщиной свыше 5–6 мм применяют V– или Х-образную разделку кромок с углом раскрытия 60–70°.
Сварку ведут обычно справа налево при наклоне электрода по отношению к изделию углом вперед на 80–90°, угол наклона присадочной проволоки – 10–15°, вылет электрода – 5–7 мм. Ток постоянный, прямая полярность, сварочный ток – 400–900 А в зависимости от толщины металла. Диаметр вольфрамового электрода – 2,4–4,8 мм; присадочная проволока – 2–6 мм; расход аргона или азота – 3–8 л/мин.
Автоматическаясварка меди. Автоматическая сварка меди выполняется угольным электродом под флюсом толщиной 4–6 мм. Режим: ток постоянный, прямая полярность, сварочный ток – 750–1000 А, напряжение дуги – 18–24 В, скорость сварки – 16–22 м/ч. В свариваемый стык вкладывают полоску латуни ЛT-80, флюс ОСЦ-45.
Автоматическая сварка меди металлическим электродом и флюсом – ток постоянный, обратная полярность. Электродная проволока – медь M1, М2; флюсы: АН-20, АН-348Л, ОСЦ-45; сварочный ток – 100 А на 1 мм диаметра электрода, напряжение на дуге – 38–40 В, скорость сварки – 15–25 м/ч. Бóльшие толщины меди целесообразно варить двухэлектродной сваркой в одну ванну.
Газовая сварка меди. Газовая сварка меди выполняется только ацетиленокислородным пламенем строго нормального соотношения газов. Тепловую мощность пламени выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей:
● до 4 мм – исходя из расхода ацетилена 150–175 дм3/ч на 1 мм толщины металла;
● при толщине 4–10 мм – 175–225 дм3/ч.
Если толщина меди превышает 10 мм, сварку проводят двумя горелками: первая осуществляет подогрев, вторая – непосредственно сварку. Пламя должно быть «мягким» (с минимально возможной длиной ядра).
В качестве присадки применяют медные прутки и проволоку по ГОСТ 16130–90 марок: M1, МСР1[27], МНЖ5–1, МНЖКТ5–1–0,2–0,2 и др. Температура плавления присадочной проволоки должна быть ниже температуры плавления основного металла. Если для присадки используется чистая медь, то во флюс вводят фосфористую медь. Диаметр присадочной проволоки должен составлять 0,5–0,75 толщины металла, но не более 8 миллиметров.
В качестве флюса применяют в основном чистую буру (100 %) или буру пополам с борной кислотой. Вообще есть до десятка рецептов флюсов для сварки меди (табл. 44), но все они изготавливаются из окислов и солей бора и натрия. Флюс применяют в виде порошка или пасты, замешанной на спирте.
Шов заполняется в один слой. Сварку проводят как левым, так и правым способом с максимальной скоростью, без перерыва и за один проход. Для компенсации потерь теплоты вследствие ее отвода в основной металл применяют предварительный и сопутствующий подогрев свариваемых кромок. Сварку выполняют на асбестовой подкладке.
После сварки металла толщиной до 4 мм шов проковывают в холодном состоянии, при большей толщине – при нагреве до температуры 550–600 °C с охлаждением в воде.
Латунь – это сплав меди с легко испаряемым цинком. Все способы сварки и наплавки латуни имеют определенные трудности именно из-за бурного испарения цинка и образования множества пор разных размеров.
Температура плавления цинка – 420 °C, а кипения – 907 °C, что близко к температуре плавления латуни. Испаряясь, цинк быстро окисляется в тугоплавкую пылевидную окись цинка, которая очень ядовита. Предельно допустимая концентрация цинка в воздухе – 0,001 мг/л, поэтому сваривать латунь необходимо под вытяжными устройствами и в респираторе.
Оптимальные результаты для сварки латуни дает газовая сварка заменителями ацетилена. Формирование шва хорошее, шлак легко отделяется от поверхности шва. Сварочная ванна спокойная, как и у меди, жидкотекучая. Вид пламени – окислительное, препятствующее выгоранию цинка из-за наличия оксидной пленки на поверхности свариваемого металла. Расход ацетилена – 100–120 дм3/ч на 1 мм толщины металла.
Изделия толщиной до 1 мм сваривают с отбортовкой кромок, 1–5 мм – с отторцованными кромками, 6–15 мм – с V-образной разделкой кромок, 15–25 мм – с Х-образной разделкой. Кромки должны быть зачищены до металлического блеска. Возможно их травление 10 %-ным раствором азотной кислоты, после чего детали промывают горячей водой и насухо протирают ветошью.
Сварку проводят с максимально возможной скоростью левым способом в нижнем или слегка наклонном (до 15°) положении шва с применением тех же флюсов, что и для меди (см. табл. 44), и присадочных проволок, легированных кремнием, бором, алюминием (Л63, ЛК62–0,5), или самофлюсующейся присадочной проволоки ЛКБ062–0,2–0,04–0,5. Конец ядра пламени располагают на расстоянии 7–10 мм от свариваемой поверхности. Конец присадочной проволоки должен постоянно находиться в зоне сварочного пламени, которое направляют на проволоку. Ее держат под углом 90° к мундштуку.
После сварки швы подвергают проковке. Латуни, содержащие более 40 % цинка, проковывают при температуре выше 650 °C, а менее 40 % – в холодном состоянии. Затем проводят отжиг изделия при температуре 600–650 °C.
Электродуговая сварка. Латунь успешно сваривают угольной дугой, присадка и флюсы – те же, что и при газовой сварке. Режимы сварки такие же, как и для сварки меди.
Существуют способы сварки латуни металлическим плавящимся электродом, но из-за токсичности расплава латуни и технологических сложностей электроды с покрытием не выпускаются. Можно также выполнять сварку неплавящимся (вольфрамовым) электродом в аргоне, электроконтактную сварку и сварку под флюсом.
Обычно под бронзой понимают сплав меди с оловом в качестве основного легирующего компонента. Но к бронзам также относят медные сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка (это латунь) и никеля (это мельхиор). Как правило, в любой бронзе в незначительных количествах присутствуют добавки: цинк, свинец, фосфор и др. Такие включения и обусловливают проблемы со сваркой бронзовых деталей, а именно выгорание олова и цинка, высокая жидкотекучесть бронзы и порообразование.
Температура плавления бронзы – 950–1080 °C. Сварка бронзы в основном применяется для исправления дефектных отливок из бронзы, ремонта деталей и наплавки. Бронзы с большим содержанием алюминия почти не поддаются сварке обычными приемами. Например, бронзу марки БрАЖ9–4 невозможно сварить из-за тугоплавкой двуокиси алюминия.
Электросварка. Бронзу сваривают угольным, металлическим электродами, в среде аргона – вольфрамовым электродом по технологии, аналогичной сварке меди. Сварку бронзы нужно вести быстро, ограничивая нагрев основного металла и размеры ванны, ускоряя охлаждение и затвердевание ванны. В качестве присадки используют прутки из фосфористой бронзы. Флюсы и подогрев при сварке угольной дугой не обязательны.
Хорошие результаты дает сварка металлическим электродом – литым бронзовым стержнем.
Газовая сварка бронзы выполняется с предварительным подогревом до 450 °C, присадочные прутки ∅ 5–8 мм, близкие по химическому составу к свариваемому материалу. Бронзы очень жидкотекучие, поэтому их сваривают только в нижнем положении шва. При температуре 550–650 °C бронзовые детали становятся чрезвычайно хрупкими и малопрочными. Газовое пламя сварочной горелки строго нормальное. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода ацетилена 70–120 дм3/ч на 1 мм толщины металла. Пламя «мягкое», без перегрева жидкой ванны.
Сварку проводят с применением тех же флюсов и присадочных материалов, которые используют при сварке меди. Работа ведется преимущественно левым способом в нижнем положении на подкладных элементах из асбеста или графита. Конец ядра пламени располагают на расстоянии 7–10 мм от поверхности свариваемого металла. При сварке следует перемешивать сварочную ванну присадочным прутком, периодически добавляя флюс в жидкий металл.
