Газовая сварка меди, латуни, бронзы

 

Содержание:

 

Введение

Глава I. Виды сварки меди и ее сплавов:

1.1.Дуговая  сварка меди.

1.2.Автоматическая  сварка меди.

1.3.Газовая  сварка меди.

Глава II. Технология сварки:

2.1.Технология  сварки меди.

2.2.Технология  сварки латуни.

2.3.Технология  сварки бронзы.

Глава III. Выбор пламени для сварки.

Глава IV. Техника безопасности.

Глава V. Экология.

Список  использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Особенности сварки цветных металлов и их сплавов  обусловлены их физико-механическими  и химическими свойствами. Температуры  плавления и кипения цветных  металлов невысокие, поэтому при  сварке легко получить перегрев и  даже испарение металла. Если сваривают  сплав металлов, то перегрев и испарение  его составляющих может привести к образованию пор и изменению  состава сплава. Способность цветных  металлов и их сплавов легко окисляться с образованием тугоплавких оксидов  значительно затрудняет процесс  сварки, загрязняет сварочную ванну, снижает физико-механические свойства сварного шва. Ухудшению качества сварного соединения способствует также повышенная способность расплавленного металла (сплава) поглощать газы (кислород, азот, водород), что приводит к пористости металла шва. Большая теплоемкость и высокая теплопроводность цветных  металлов и их сплавов вызывают необходимость  повышения теплового режима сварки и предварительного нагрева изделия  перед сваркой. Относительно большие  коэффициенты линейного расширения и большая линейная усадка приводят к возникновению значительных внутренних напряжений, деформаций и к образованию  трещин в металле шва и околошовной  зоны. Резкое уменьшение механической прочности и возрастание хрупкости  металлов при нагреве могут привести к непредвиденному разрушению изделия.

Для выполнения качественного сварного соединения применяют различные технологические  меры, учитывающие особенности сварки каждого металла (сплава) и обеспечивающие получение шва с требуемыми физико-механическими  свойствами.

 

 

 

 

 

Глава I. Виды сварки меди и её сплавов.

1. Дуговая сварка.

Медь  сваривают ручной и автоматической дуговой сваркой, в среде защитных газов и газовой сваркой.

Ручную  дуговую сварку меди выполняют металлическим  или угольным электродами. В качестве электродных стержней для электродов ЗТ применяют: проволоку из меди М1, проволоку из кремнемарганцевой  бронзы Бр. КМц 3–1, литые стержни  из латуни Л90 или оловянно-фосфористой  бронзы Бр. ОФ 4-0,25; для электродов «Комсомолец 100» – медная проволока М1. Для  электродов используют также медь М2 и М3.

На электродные  стержни наносят специальные  покрытия, состав которых дан в  таблице 1. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности. Режимы сварки металлическим электродом приведены  в таблице 2.

Таблица 1. Электродные покрытия для сварки меди.

Состав	Марка электрода
	ЗТ	Комсомолец 100
Сухие вещества, %      Марганцевая руда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      Плавиковый шпат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      Полевой шпат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      Графит серебристый  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      Ферросилиций (Си75) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      Ферромарганец (низкоуглеродистый) . . . . . . . .      Алюминий (порошок) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Жидкого стекла от массы сухой смеси . . . . . . . . . .	17,5 32 – 16 32 – 2,5 55-60	– 10 12 – 8 50 – 20
Примечания: 1.Толщина слоя покрытия электродов ЗТ из меди М1 0,6-0,9мм, для других материалов – 0,2-0,4; для электродов «Комсомолец 100» – 0,4мм.                         2.Электроды просушивают на воздухе при температуре 20-30оС в течение 3-4ч, а затем прокаливают при температуре при температуре 250-300оС в течение 1,5-2ч.

 

Таблица 2. Ориентировочные режимы дуговой сварки меди металлическим электродом.

Толщина металла, мм	Диаметр электрода, мм	Сила тока, А
2 3 4 5 6	3 3-4 4 5 5-6	120-150 160-210 240-280 300-350 330-380

При сварке угольным или графитовым электродом в качестве присадочных прутков  применяют стержни из меди тех  же марок, что и для металлических  электродов. Для улучшения процесса сварки меди угольной дугой применяют  специальные флюсы, которые перед  сваркой наносят на присадочные  прутки и, кроме того, их можно подсыпать  в разделку. Состав флюса для сварки меди угольной дугой дан в таблице 3. Режимы сварки угольным электродом приведены  в таблице 4.

При сварке угольным или графитовым электродом в качестве присадочных прутков применяют стержни из меди тех же марок, что и для металлических электродов. Для улучшения процесса сварки меди угольной дугой применяют специальные флюсы, которые перед сваркой наносят на присадочные прутки и, кроме того, их можно подсыпать в разделку. Состав флюса для сварки меди угольной дугой дан в таблице 3. Режимы сварки угольным электродом приведены в таблице 4.

Таблица 3. Состав флюсов для ручной дуговой сварки меди угольным или графитовым электродом.

Компоненты	Состав, %
	1	2	3	4	5
Бура (прокаленная)………………………………………… Магний металлический……………………………………. Кислый фосфорнокислый натрий………………………… Кремневая кислота………………………………………… Поваренная соль…………………………………………… Древесный уголь…………………………………………… Борная кислота……………………………………………...	94 6 – – – – –	96 4 – – – – –	68 – 15 15 – 2 –	50 – 15 15 – 20 –	– 68 – – 20 2 10

 

Таблица 4. Ориентировочные  режимы ручной дуговой сварки меди угольным электродом.

Толщина металла, мм	Диаметр электрода, мм	Сила тока, А
1 2 4 6 12	4 6 6 8 10	135-180 195-260 250-330 315-430 420-550

 

Ручную  дуговую сварку меди толщиной до 4 мм производят без разделки кромок. Стыковые соединения собирают под сварку без  зазоров. Угловые и тавровые соединения сваривают в положении в лодочку. Изделия толщиной более 5 мм перед  сваркой нужно нагревать до температуры 200-300^оС.

1.2. Автоматическая дуговая сварка  меди.

Автоматическую  дуговую сварку меди по флюсом можно  вести неплавящимся угольным или  плавящимся металлическим электродами.

Для автоматической сварки меди применяют флюсы ОСЦ-45, АН-20 и АН348А. Сварку угольным или  графитовым электродом выполняют с  помощью автоматической сварочной  головки, которая передвигается  вдоль шва с постоянной скоростью. Для сварки металла толщиной 4-8 мм угольный электрод берут диаметром 20 мм. Схема автоматической сварки меди угольным электродом показана на рисунке 1. Режимы автоматической сварки меди угольным электродом  под слоем флюса  приведены в таблице 5.

Рисунок

Таблица 5. Режимы автоматической сварки меди угольным электродом под  слоем флюса.

Толщина листов, мм	Диаметр угольного или графитированного электрода, мм	Сила тока, А	Напряжение дуги, В	Скорость сварки, м/ч
4 6   8	20	780-800 960-980   1000	18	22,4
			18-19	16

 

Автоматическую  сварку меди металлическим электродом можно выполнять с помощью  обычных автоматов. Сварку ведут  электродной проволокой из меди М1, М2, М3 диаметром 16-3 мм на постоянном токе обратной полярности. При автоматической сварке меди металлическим электродом применяют керамический флюс марки  ЖМ-1, который имеет следующий  состав, %:

 

Мрамор………………………………………………………28,0

Полевой шпат……………………………………………….57,5

Плавиковый  шпат……………………………………………8,0

Древесный уголь…………………………………………….2,2

Борный  шлак………………………………………………...3,5

Алюминий  …………………………………………………..0,8

Флюс  ЖМ-1 дает возможность выполнять  автоматическую сварку меди на переменном токе. При одностороннем шве сваривают  на графитовой или медной подкладке  сл сквозным проваром. Листы толщиной до 8 мм сваривают без разделки кромок. При сварке более толстых листов применяют V-образную разделку под углом 60^о. Листы толщиной 8-10 мм рекомендуется сваривать с двух сторон. Режимы автоматической сварки меди металлическим электродом под слоем флюса приведены в таблицах 6-8. Для более легкого зажигания дуги в начале сварки рекомендуется под конец электродной проволоки подсыпать латунную стружку.

Таблица 6. Режимы автоматической сварки меди (стыковые соединения без разделки кромок).

Толщина листов, мм	Диаметр проволоки, мм	Сила тока, А	Напряжение дуги, В	Скорость сварки, м/ч
2 3 4 5 6 8	1,6	140-160 190-210 250-280 300-340 330-350 400-440	32-35	25 20 25 25 20 16
	2
			30-35
	3		33-38

 

 

Таблица 7. Режимы автоматической сварки меди(стыковые соединения с  разделкой кромок, шов двухсторонний).

Толщина кромок, мм	Разделка кромок		Сила тока, А	Напряжение дуги, В	Скорость сварки, м/ч
	Угол разделки, градусы	Величина притупления кромок, мм
10 12	60 60	5 6	540-560 580-600	33-38 35-38	15 15

 

Таблица 8. Режимы автоматической сварки меди (соединения внахлестку).

Толщина           листов, мм	Сила тока, А	Напряжение               дуги, В	Скорость         сварки, м/ч
3,0 4,5 6,0	220-240 300-340 350-400	30-35 30-35 30-35	25 25 20

 

1.3. Газовая сварка меди.

Этот  вид сварки меди (газовая сварка) наиболее распространен. В качестве присадочного материала при сварке металла толщиной до 5 мм применяют  прутки из меди марок М1, М2, М3. При  сварке металла большой величины рекомендуется применять медную проволоку, содержащую 0,2% фосфора и 0,15-0,30% кремния или только 0,2-0,7% фосфора. Наиболее распространенные флюсы, применяемые  при газовой сварке меди, бронзы и латуни, приведены в таблице 9. Режимы газовой сварки меди даны в  таблице 10.

Таблица 9. Флюсы для  газовой сварки меди и ее сплавов.

Компоненты	Состав флюс, % по массе
	1	2	3	4	5	6
Бура………………………………………… Борная кислота……………………………. Фосфорнокислый натрий………………… Хлористый натрий………………………... Углекислый калий………………………...	50 35 15 – –	75 25 – – –	50 50 – – –	56 – – 22 22	100 – – – –	– 100 – – –

 

Таблица 10. Ориентировочные  режимы газовой сварки меди.

Толщина металла, мм	Диаметр присадочной проволоки, мм	Номер наконечника сварочной горелки	Толщина металла, мм	Диаметр присадочной проволоки, мм	Номер наконечника сварочной горелки
До 1,5 1,5-2,5 2,5-4	1,5 2 3	1 2 3	4-8 8-15 Более 15	5 6 8	4-5 6 6-7
Примечание: При слишком малой толщине металла (менее 1 мм) рекомендуется применять малые сварочные горелки с наконечниками № 00 и 0.

 

Термообработка. После сварки меди любым способом сварные швы рекомендуется подвергать проковке. При толщине свариваемых листов до 5 мм медь проковывают в холодном состоянии, при большей толщине – в горячем состоянии при температуре 250-300^оС. Проковку швов при температурах выше 400^оС производить нельзя, так как медь становится хрупкой и могут появиться трещины. Для улучшения пластических свойств сварного соединения применяют отжиг, при этом соединение нагревают до 500-600^оС, а затем охлаждают в воде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава II. Технология сварки.

2.1. Технология сварки меди.

Основные  трудности при сварке меди обусловлены  ее высокой теплопроводностью, низкой стойкостью к образованию трещин, повышенной склонностью к образованию  газовых включений.

Ацетиленокислородную  сварку меди производят нормальным пламенем при соотношении смеси β=1,1-1,2. Мощность пламени устанавливается  из расчете V_a=(150-200)^.S. Нижний предел рекомендуется для меди толщиной до 10 мм сварку желательно производить одновременно двумя горелками: подогревающей мощностью V_a=(150-200)^.S и сварочной мощностью V_a=100^.S.

В качестве присадочного материала применяют  специальную проволоку марки  МСр-1 (ГОСТ 16130–72) или обычную медную марок МО и М1. Диаметр присадочной  проволоки выбирают в зависимости  от толщины свариваемых деталей (таблица 11).

Сварку  производят с применением флюсов (таблица 12) в виде порошка, пасты  или в парообразном состоянии.

Таблица 11. Выбор диаметра присадочной проволоки для сварки меди.

Толщина меди, мм	До 1,5	1,5-2,5	2,5-4	4-8	8-15	Более 15
Диаметр присадочной проволоки, мм	1,5	2	3	4-5	6	8

 

Таблица 12. Состав флюсов для сварки меди.

Компонент	Состав флюса (по массе), %
	№1	№2	№3	№4	№5	№6	№7	№8
Бура прокаленная ………………….. Борная кислота …………………….. Поваренная соль …………………… Кислый фосфорнокислый натрий ... Кварцевый песок …………………... Древесный уголь …………………... Углекислый калий (поташ) ………..	100 – – – – – –	– 100 – – – – –	50 50 – – – – –	75 25 – – – – –	50 35 – 15 – – –	50 – – 15 15 20 –	70 10 20 – – – –	56 – 22 – – – 22

При сварке применяют в основном стыковые соединения. Подготовка кромок под сварку стыковых соединений приведена в таблице 13.

Сварку  ведут только в один слой. Листовую медь толщиной до 5 мм сваривают левым  способом, а при больших толщинах – правым.

После сварки рекомендуется проковка шва. При  толщине листов до 4 мм проковка производится в холодном состоянии, а при больших  толщинах – в горячем при температуре 500-600^оС. Для придания сварному соединению более высокой вязкости после проковки шов и прилегающую к нему зону основного металла нагревают до температуры 550-600^оС и быстро охлаждают в воде.

Оборудование для  сварки меди

 

 

Таблица 13. Подготовка кромок при стыковой сварке меди.

 

2.2. Технология сварки латуни.

Латунь  представляет собой медно-цинковые сплавы. Она подразделяется на простую, т.е. сплавы меди с цинком (например, Л96, Л80, Л68, Л62, Л59 и др.), и специальную, в которую кроме цинка в  небольших количествах входят алюминий, никель, железо, олово, свинец, кремний, марганец и т.д. (например, ЛЖМц 59-1-1, ЛК 80-3, ЛМц 58-2, ЛО 90-1, ЛО 62-1 и др.).

Трудности при сварке латуни состоят в активном поглощении газов сварочной ванной, склонности к образованию пор  и трещин. А также в испарении  цинка при его кипении.

Ацетиленокислородную  сварку латуни производят окислительным  пламенем при соотношении смеси  β=1,3-1,4. Некоторый избыток кислорода  в этом случае создает на поверхности  расплавленного металла пленку окислов, которая уменьшает испарение  цинка. С этой же целью в состав некоторых присадочных материалов вводят небольшое количество кремния, который, окисляясь, создает тугоплавкую  окисную пленку, предохраняющую цинк от испарения.

Мощность  пламени устанавливается из расчета  V_a=(100-120)^.S. В качестве присадочного материала применяют проволоку или прутки по                  ГОСТ 16130-72.

Диаметр присадочного материала выбирают в  зависимости от толщины свариваемого металла (таблица 14). Сварку производят с применением флюсов (таблица 15). Подготовку кромок под сварку производят так же, как и при сварке меди (таблица 13).

 

Таблица 14. Выбор диаметра присадочного материала для сварки латуни.

Толщина свариваемой латуни, мм	1-2	2-3	4-5	6-7	8-10
Диаметр присадочного материала, мм	2	3	5	7	9

 

 

 

Таблица 15. Составы  флюсов для сварки латуни.

Компонент	Состав флюса (по массе), %
	№1	№2	№3	Марка БМ-1
Бура прокаленная ……………………... Борная кислота ………………………... Фосфорнокислый натрий …………….. Метилборат …………………………… Метиловый спирт ……………………..	100 – – – –	50 35 15 – –	20 80 – – –	– – – 75 25

 

Сварку  ведут в основном левым способом в нижнем положении шва, но опытные  сварщики могут выполнять и на вертикальной плоскости. Использование  кремнистого присадочного материала, особенно в сочетании с флюсом БМ-1, позволяет сваривать латунь во всех пространственных положениях шва. Это возможно благодаря образованию  на поверхности сварочной ванны  вязкой шлаковой пленки. При этом сварку ведут на пониженной мощности пламени  из расчета V_a=(35-40)^.S, а диаметр присадочного материала выбирают на 1 мм меньше, чем при сварке в нижнем положении.

Остающиеся  подкладки изготавливают из меди, а съемные из нержавеющей стали. При толщине металла выше 6 мм применяют многослойную сварку, где  каждый последующий шов накладывается  после тщательной зачистки предыдущего. После сварки рекомендуется холодная или горячая проковка шва алюминиевым  молотком. Для снятия остаточных напряжений можно применять низкотемпературный отжиг при температуре 270-300^оС.

Пропано-бутано-кислородная  сварка латуни производится пламенем мощностью V_r=(60-75)^.S. Соотношение кислорода и сжиженного газа составляет β=3,5-4. Техника сварки такая же, как и при сварке ацетиленом.

Керосинно-кислородная  сварка латуни производится пламенем мощностью 140-250 г/ч на 1 мм толщины  свариваемого металла. Соотношение  кислорода и керосина в смеси  составляет 1,8:2 м³/кг.

2.3. Технология сварки бронзы.

Бронзой называют сплавы меди с любыми металлами  кроме цинка. Бронза подразделяется на две основные группы:

1.Оловянистая,  в которой основным легирующим  компонентом является олово (например, марки Бр ОФ 6,5-0,4; Бр ОЦ 4-3; Бр  ОЦС 4-4-4 и др.).

2.Безоловянистая (специальная), содержащая алюминий, кремний, бериллий, никель, хром, марганец, железо и т.д. Из специальных  бронз наибольшее применение  имеют алюминиевые (Бр А 7, Бр  АЖ 3-4, Бр АЖМц 10-3-1,5 и др.) и кремнистые (Бр КМц 3-1, Бр КН 0,5-2 и др.). Применяются  также бериллиевые, марганцовистые, никелевые, хромистые и другие  бронзы.

Оловянистая (оловянная) бронза. Сварку ведут строго нормальным пламенем, так как при избытке в пламени кислорода выгорает олово, а при избытке ацетилена увеличивается пористость наплавленного металла. Мощность пламени устанавливается из расчета V_a=(100-150)^.S.  В бронзовом литье чаще всего приходится заваривать раковины, поры, недоливы и трещины. Разделка кромок рекомендуется под углом 60-90^о. при сквозных дефектах сварку производят на подкладках из асбеста или графита. Бронза очень жидкотекучая, а поэтому сварка возможна только в нижнем положении шва.

В качестве присадочного материала применяют  бронзовые тянутые, прессованные или  литые в металлический кокиль прутки, близкие по составу основному  металлу. Фосфор при сварке бронз  является хорошим раскислителем,  а поэтому в ряде случаев в  качестве присадочного материала рекомендуется  фосфористая бронза марки Бр ОФ 6,5-0,4. Флюсы при сварке применяют те же, что и при сварке меди (таблица 12).

После сварки рекомендуется отжиг при температуре 600-700^оС. Для особо ответственных отливок, работающих при ударных и знакопеременных нагрузках, следует применять отжиг при температуре 750^оС и закалку при 600-650^оС.

Глава III. Выбор пламени для сварки.

Мощность  сварочного пламени при сварке меди толщиной до 4 мм выбирают из расчета  расхода ацетилена 150-175 дм³/ч на 1 мм толщины свариваемого металла, при толщине до 8-10 мм мощность увеличивают до 175-225 дм³/ч. При больших толщинах рекомендуется сварка двумя горелками – одной ведется подогрев, а другой – сварка. Для уменьшения теплоотвода сварку выполняют на асбестовой подкладке. Для компенсации больших потерь тепла за счет отвода в околошовную зону применяют предварительный и сопутствующий подогрев свариваемых кромок. Подогревают кромки одной или несколькими горелками.

Пламя для  сварки меди выбирается строго нормальным, так как окислительное пламя  вызывает сильное окисление, а при  науглероживающем пламени появляются поры и трещины. Пламя должно быть мягким и направлять его следует  под большим, чем при сварке стали  углом. Сварка проводится восстановительной  зоной, расстояние от конца ядра до свариваемого металла – 3-6 мм. В процессе сварки нагретый металл должен быть все  время защищен пламенем. Сварка выполняется  как левым, так и правым способом, однако наиболее предпочтителен при  сварке меди правый способ. Сварка ведется  с максимальной скоростью без  перерывов.