Медь и ее сплавы находит применение в самых разных отраслях народного хозяйства. Данный металл востребован благодаря своим физико-химическим свойствам, которые также затрудняют и процессы обработки его структуры. В частности, сварка меди требует создания особых условий, хотя в основе процесса лежат довольно распространенные технологии термического воздействия.
Специфика сварки заготовок из меди
В отличие от многих других металлов и сплавов, медные изделия характеризуются высокой теплопроводностью, которая обуславливает необходимость увеличения тепловой мощности сварочной дуги. Вместе с этим требуется обеспечение симметричного теплоотвода из рабочей зоны, что минимизирует риски образования дефектов. Еще один недостаток меди – жидкотекучесть. Это свойство становится препятствием при формировании потолочных и вертикальных швов. При больших сварочных ваннах подобные операции и вовсе не возможны. Даже малые объемы работы требуют организации специальных условий с применением ограничительных подкладок на основе графита и асбеста.
Склонность металла к окислению также требует, чтобы в некоторых режимах с образованием тугоплавких окислов задействовались специальные присадки наподобие кремниевых, марганцевых и фосфорных гелей. К особенностям сварки меди относят и поглощение газов – например, водорода и кислорода. Если не подобрать оптимальный режим термического воздействия, то шов получится некачественным. В его структуре останутся крупные поры и трещины из-за активного взаимодействия с газом.
Взаимодействие меди с примесями
Учитывать характер взаимодействия меди с разными примесями и химическими элементами в целом необходимо по той причине, что в процессе сварки этого металла часто используются электроды и проволока из разных материалов. К примеру, алюминий может растворяться в медном расплаве, повышая его антикоррозийные качества и снижая окисляемость. Бериллий – повышает механическую стойкость, но снижает электропроводность. Впрочем, конкретные эффекты будут также зависеть от характера защитной среды и температурного режима. Так, сварка меди при 1050 °C будет способствовать вхождению железного компонента в структуру заготовки с коэффициентом порядка 3,5%. Но в режиме порядка 650 °C этот показатель сократится до 0,15%. При этом железо как таковое резко снижает коррозионную стойкость, электро- и теплопроводность меди, но зато повышает ее прочность. Из металлов, которые не оказывают влияния на такие заготовки, можно выделить свинец и серебро.
Основные способы сварки меди
В разных конфигурациях допускаются все распространенные методы сварки, в том числе ручные и автоматические. Выбор того или иного способа определяется требованиями к соединению и характеристиками заготовки. Среди наиболее производительных процессов можно отметить электрошлаковую и электродуговую сварку под флюсом. Если планируется получить высококачественный шов при единичной операции, то целесообразно обращаться к газовой технологии. Данный подход к сварке меди и ее сплавов при малых температурных градиентах создает благоприятные условия для раскисления и легирования заготовки. В итоге шов получается положительно модифицированным и прочным. Для чистой меди могут применяться техники дуговой сварки с вольфрамовыми электродами и защитными газовыми средами. Но, чаще всего работают именно с производными меди.
Какое оборудование применяется?
Предварительно медные изделия могут подвергаться обработке на токарных, шлифовальных и фрезерных станках с целью формирования мерных заготовок для сварки. В промышленности также используется техника плазменно-дуговой резки, которая позволяет выполнять раскрой почти с идеальными кромками. Непосредственно сварка меди осуществляется аргонно-дуговыми установками, полуавтоматами, а также инверторными аппаратами. Сила тока оборудования может варьироваться от 120 до 240 А в зависимости от размеров заготовки. Толщина электродов обычно составляет 2,5-4 мм – опять же, зависит от сложности и объемов работы.
Сварка меди аргоном
Один из самых популярных методов. В частности, применяется упомянутая техника аргонно-дуговой сварки, предусматривающая использование вольфрамовых электродов. В процессе нагрева медь взаимодействует с кислородом, формируя на поверхности заготовки диоксидный покров. На этом этапе заготовка становится податливой и требует подключения неплавящегося электрода. Например, прутки марки ММЗ-2 обеспечивают оптимальное качество шва при сварке меди аргоном с защитными средами. Если не стоит задача сильного провара заготовки, то можно применить облегченный вариант сварки в азотной среде. Это неплохой метод термического воздействия при невысоких показателях напряжения, но еще большего эффекта с точки зрения качества шва можно добиться при использовании комбинированных газов. Опытные сварщики, например, часто применяют смеси, на 75% состоящие из аргона.
Сварка с применением газа
В данном случае применяется ацетиленокислородная среда, благодаря которой значительно возрастает температура пламени. В рабочем процессе используют газовую горелку. Данный аппарат хорош своей производительностью, но его ограниченные возможности регулировки не позволяют тонко корректировать параметры сварочной ванны.
Нередко применяется и способ разделенного термического воздействия с подключением двух горелок. Одна служит для прогрева рабочей зоны, а вторая – непосредственно для газовой сварки целевой заготовки. Такой подход рекомендуется использовать в отношении толстых 10-миллиметровых листов. Если же второй горелки нет, то можно выполнить двухсторонний прогрев по линии будущего шва. Эффект получается не столь качественным, но основная задача реализуется.
Допускает газовая техника сварки и введение флюса для получения чистой структуры соединения. В частности, используются газообразные флюсы наподобие азеотропных растворов борнометилового эфира с метилом. Активные пары таких смесей направляются в горелку, модифицируя характеристики сварочной ванны. Пламя в этот момент обретает зеленоватый оттенок.
Особенности сварки угольным электродом
Способ дуговой сварки, который оптимально подходит для медных сплавов. Его главной отличительной чертой можно назвать эргономичность и универсальность – по крайней мере, во всем, что касается механики выполнения физических действий оператором. К примеру, сварщик может осуществлять манипуляции прямо на воздухе, задействуя минимальный набор вспомогательных средств защиты. Связано это с тем, что угольные электроды в процессе нагрева отдают достаточный объем тепловой энергии, на которой и выполняется сварка меди низкой мощности. Процесс получается малопроизводительным, но соединение обретает все необходимые механические качества.
Ручная дуговая сварка
Технология этого метода сварки предусматривает использование покрытых электродов. Это означает, что соединение получит достойные прочностные характеристики, однако состав структуры изделия в итоге будет отличаться от первичной заготовки. Конкретные параметры модификации определяются свойствами легирующих раскислителей, которые как раз присутствуют в покрытии электрода. Например, в активном составе могут применяться такие компоненты, как низкоуглеродистый ферромарганец, плавиковый шпат, порошковый алюминий и т. д. Допускает данная технология сварки меди и самостоятельное изготовление покрытий. Обычно для этого применяется сухая шихта, которую замешивают в жидком стекле. Такое покрытие делает шов более плотным, но электропроводность структуры значительно снижается. Общий процесс сварки с покрытыми электродами характеризуется сильным разбрызгиванием, что нежелательно для меди.
Дуговая сварка под флюсом
Сам по себе флюс для сварочных работ с медью нужен в качестве стабилизатора дуги и, что особенно важно, как защитный барьер перед негативным влиянием атмосферного воздуха. Процесс организуется с помощью неплавящихся графитовых или угольных электродов, а также с плавящимися прутьями под керамическим флюсом. Если используются угольные расходники, то электроды для сварки меди затачиваются до образования плоского наконечника в форме лопатки. К рабочей зоне сбоку также подводится присадочный материал из томпака или латуни – это нужно для раскисления структуры шва.
Операция производится на постоянном токе с подогревами. За счет нескольких барьеров защиты удается сохранить основную структуру заготовки, хотя чаще всего опытные сварщики стремятся улучшить состав материала благодаря легированной проволоке. И вновь, предотвращая нежелательные течения расплава, рекомендуется изначально предусмотреть графитовую подложку, которая также выступит формой для флюса. Оптимальная рабочая температура для этого метода составляет 300-400 °C.
Дуговая сварка в защитной среде
Сварочные мероприятия с подключением инверторов и других полуавтоматических аппаратов осуществляют в газовых средах с подачей проволоки. В данном случае помимо аргона и азота может использоваться гелий, а также различные комбинации газовых смесей. К преимуществам данной техники относят возможность эффективного проплавления толстых заготовок при высокой степени сохранения механических свойств заготовки.
Мощное термическое воздействие объясняется высокоэффективными плазменными потоками в горящей газовой среде, но и эти параметры будут определяться характеристиками конкретной модели инвертора. При этом техника аргонодуговой сварки меди более предпочтительна в отношении заготовок толщиной 1-2 мм. Что касается защитной функции газовой среды, то полностью на нее положиться нельзя. Остается риск окислов, пористости и негативного воздействия присадок от проволоки. С другой стороны, аргоновая среда эффективно защищает заготовку от кислородного воздействия в воздухе.
Заключение
У меди немало особенностей, отличающих ее от других металлов. Но и внутри общей группы ее сплавов есть множество различий, которые в каждом случае обуславливают необходимость поиска индивидуального подхода к выбору оптимальной технологии формирования шва. Например, газовая сварка подойдет в случаях, если нужно получить прочное соединение в крупной заготовке. Однако новичкам этот метод использовать не рекомендуется из-за высоких требований к безопасности в работе с горелками и газовыми баллонами. Высокоточные мелкоформатные операции сварки поручаются удобным и производительным полуавтоматам. С такой аппаратурой вполне управится и неопытный оператор, полностью контролируя параметры рабочего процесса. Не стоит забывать и о значимости газовых сред. Их можно применять не только в качестве изолятора заготовки на время сварки, но и как способ повышения некоторых технико-физических свойств материала. Это же касается и электродов, которые могут вносить положительный легирующий эффект.
