| МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ Державна освітня установа вищої професійної освіти «МАТИ» - Російський державний технологічний університет ім. К.Е. Ціолковського |
Курсова робота
з дисципліни «Теорія зварювальних процесів»
на тему:
| Аналіз зварюваності сплавів на основі міді (М1) |
Студент групи | |
1СВ-4-41 | / Бондарець Д.С. / |
Керівник | |
| / Резніченко Б.М. / |
Зміст
1. Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 32. Структура та властивості міді ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 6
3. Характеристика міді і її сплавів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .17
4. Пористість ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 17
5. Особливості технології зварювання ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 19
5.1. Підготовка під зварювання ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 20
5.2. Газове зварювання ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 21
5.3. Ручна зварка ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 22
5.4. Автоматичне зварювання під флюсом ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 23
5.5. Електрошлакове зварювання міді і її сплавів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25
5.6. Дугове зварювання в захисних газах ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 25
6. Зварюваність міді ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 27
7. Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 28
8. Список літератури ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 30
Введення
Мідь (лат. Cuprum) - хімічний елемент I групи періодичної системи Менделєєва (атомний номер 29, атомна маса 63,546). У з'єднання мідь зазвичай проявляє ступені окислення +1 та +2, відомі також нечисленні з'єднання тривалентної міді. Найважливіші сполуки міді: оксиди Cu 2 O, CuO, Cu 2 O 3; гідроксид Cu (OH) 2, нітрат Cu (NO 2) 2 * 3H 2 O, сульфід CuS, сульфат (мідний купорос) CuSO 4 * 5H 2 O, карбонат CuCO 3 * Cu (OH) 2, хлорид CuCl 2 * 2H 2 O.Мідь - один із семи металів, відомих з глибокої давнини. Перехідний період від кам'яного до бронзового віку (4 - 3-е тисячоліття до н.е.) називався мідним віком або халколіта (від грецького chalkos - мідь і lithos - камінь) або енеолітом (від латинського aeneus - мідний і грецького lithos - камінь) . У цей період з'являються мідні знаряддя. Відомо, що при зведенні піраміди Хеопса використовувалися мідні інструменти.
Чиста мідь - ковкий і м'який метал червонуватого, в зламі рожевого кольору, місцями з бурою і строкатою мінливістю, важкий (щільність 8,93 г / см 3), відмінний провідник тепла і електрики, поступаючись в цьому відношенні тільки сріблу (температура плавлення 1083 ° C). Мідь легко витягується в дріт та прокатується в тонкі листи, але порівняно мало активна. У сухому повітрі та кисні при нормальних умовах мідь не окислюється. Але вона досить легко вступає в реакції: вже при кімнатній температурі з галогенами, наприклад з вологим хлором утворює хлорид CuCl 2, при нагріванні з сіркою утворює сульфід Cu 2 S, з селеном. Але з воднем, вуглецем і азотом мідь не взаємодіє навіть при високих температурах. Кислоти, що не володіють окисними властивостями, на мідь не діють, наприклад, соляна і розбавлена сірчана кислоти. Але в присутності кисню повітря мідь розчиняється в цих кислотах з утворенням відповідних солей:
2Cu + 4HCl + O 2 = 2CuCl 2 + 2H 2 O.
В атмосфері, яка містить CO 2, пари H 2 O і ін, покривається патиною - зеленуватою плівкою основного карбонату, отруйної речовини.
Мідь входить більш ніж в 170 мінералів, з яких для промисловості важливі лише 17, у тому числі: борніт (строката мідна руда - Cu5FeS4), халькопірит (мідний колчедан - CuFeS2), халькозин (мідний блиск - Cu2S), ковеллін (CuS), малахіт (Cu 2 (OH) 2CO3). Зустрічається також самородна мідь.
Виробництво міді
Мідь добувають з оксидних і сульфідних руд. З сульфідних руд виплавляють 80% всієї видобутої міді. Як правило, мідні руди містять багато порожньої породи. Тому для одержання міді використовується процес збагачення. Мідь отримують методом її виплавки із сульфідних руд. Процес складається з ряду операцій: випалу, плавки, конвертації, вогневого і електролітичного рафінування. В процесі випалення велика частина домішкових сульфідів перетворюється в оксиди. Так, головна домішка більшості мідних руд пірит FeS 2 перетворюється на Fe 2 O 3. Гази, які утворюються при випаленні, містять CO 2, який використовується для отримання сірчаної кислоти. Що виходять в процесі випалу оксиди заліза, цинку та інших домішок відокремлюються у вигляді шлаку при плавці. Рідкий мідний штейн (Cu 2 S з домішкою FeS) поступає в конвертор, де через нього продувають повітря. У ході конвертації виділяється діоксид сірки і виходить чорнова або сира мідь. Для вилучення цінних (Au, Ag, Te і т.д.) і для видалення шкідливих домішок чорнова мідь піддається спочатку вогневому, а потім електролітичному рафінуванню. У ході вогневого рафінування рідка мідь насичується киснем. При цьому домішки заліза, цинку і кобальту окислюються, переходять в шлак і видаляються. А мідь розливають у форми. Отримувані виливки служать анодами при електролітичному рафінуванні.Основним компонентом розчину при електролітичному рафінуванні служить сульфат міді - найбільш поширена і дешева сіль міді. Для збільшення низькою електропровідності сульфату міді в електроліт додають сірчану кислоту. А для отримання компактного осаду міді в розчин вводять невелику кількість добавок. Металеві домішки, що містяться в неочищеної ("чорновий") міді, можна розділити на дві групи:
1) Fe, Zn, Ni, Co. Ці метали мають значно більш негативні електродні потенціали, ніж мідь. Тому вони анодно розчиняються разом з міддю, але не осідають на катоді, а накопичуються в електроліті у вигляді сульфатів. Тому електроліт необхідно періодично замінювати.
2) Au, Ag, Pb, Sn. Благородні метали (Au, Ag) не зазнають анодного розчинення, а в ході процесу осідають у анода, утворюючи разом з іншими домішками анодний шлам, який періодично витягується. Олово ж і свинець розчиняються разом з міддю, але в електроліті утворюють малорозчинні сполуки, що випадають в осад і також видаляються.
Застосування міді
Мідь, її сполуки та сплави знаходять широке застосування в різних галузях промисловості. В електротехніці мідь використовується в чистому вигляді: у виробництві кабельних виробів, шин голого і контактного проводів, електрогенераторів, телефонного і телеграфного устаткування і радіоапаратури. З міді виготовляють теплообмінники, вакуум-апарати, трубопроводи. Більше 30% міді йде на сплави. Сплави міді з іншими металами використовують у машинобудуванні, в автомобільній і тракторній промисловості (радіатори, підшипники), для виготовлення хімічної апаратури. Висока в'язкість і пластичність металу дозволяють застосовувати мідь для виготовлення різноманітних виробів з дуже складним візерунком. Дріт з червоної міді в отожженном стані стає настільки м'якою і пластичною, що з неї без праці можна вити всілякі шнури і вигинати найскладніші елементи орнаменту. Крім того, дріт з міді легко спаивается скани срібним припоєм, добре срібла і золота. Ці властивості міді роблять її незамінним матеріалом при виробництві філігранних виробів. Коефіцієнт лінійного і об'ємного розширення міді при нагріванні приблизно такий же, як у гарячих емалей, у зв'язку з чим при охолодженні емаль добре тримається на мідному виробі, не тріскається, не відскакує. Завдяки цьому майстра для виробництва емалевих виробів воліють мідь всім іншим металам. Як і деякі інші метали, мідь входить до числа життєво важливих мікроелементів. Вона бере участь у процесі фотосинтезу і засвоєнні рослинами азоту, сприяє синтезу цукру, білків, крохмалю, вітамінів. Найчастіше мідь вносять у грунт як пятіводного сульфату - мідного купоросу CuSO 4 * 2H 2 O. У великій кількості він отруйний, як і багато інших з'єднань міді, особливо для нижчих організмів. У малих же дозах мідь необхідна всьому живому.
Структура і властивості Міді
Серед технічних металів Мідь за своїм значенням і поширенню займає особливе місце. Чиста мідь володіє високою теплопровідністю і електропровідністю і досить високою корозійною стійкістю.Нижче наведені фізичні константи міді:
| Атомний вага | 63,54 |
| Кристалічна решітка | Г.ц.к. |
| Періоди гратки, А | 3,6080 |
| Щільність, г / см 3 | 8,94 |
| Атомний об'єм, см 3 / г-атом | 7,21 |
| Температура плавлення, ° С | 1083 |
| Температура кипіння, ° С | 2595 |
| Питома теплоємність при 20 ° С, кал / см сек град | 0,0915 |
| Теплопровідність при 20 ° С, кал / см сек град | 0,984 |
| Питома вага міді | 8,93 г/cм3 |
| Питома теплота плавлення міді | 42 кал / г |
| Коефіцієнт лінійного розширення міді (При температурі близько 20oC) | 16,7 * 106 (1/град) |
| Питомий опір міді при 20oC | 0,0167 Ом * мм2 / м |
Промислові марки міді і області їх застосування зазначені в Табл.1.
Табл.1. Хімічний склад міді промислових марок за ГОСТ 859-51. [1]
Як видно з цієї таблиці, зазначені марки відрізняються один від руга різним вмістом домішок.
Вміст у міді газових і легкоплавких домішок може бути значно знижене електронно-променевою плавкою.
Ефективність очищення міді при електронно-променевій плавці показана в Табл. 2.
Табл.2. Зміна вмісту домішок в міді при електронно-променевої плавки. [1]
Мідь, отримана електронно-променевою плавкою, характеризується більш високою електропровідністю і теплопровідністю. І забезпечує більшу стабільність і довговічність в роботі виробів електровакуумної та радіотехнічної промисловості. Тому потреба в такій міді зростає з кожним роком.
Міцність і твердість міді можна значно підвищити шляхом холодної деформації. Однак при цьому знижується пластичність і електропровідність міді.
Властивості наклепанной міді можна відновити шляхом відпалу (рекристалізації).
Механічні властивості міді, так само як і інших металів, істотно змінюються з підвищенням температури. Причому для міді є характерний провал пластичності в інтервалі температур 200-800 ° С, причина якого поки не з'ясована.
Чиста мідь стійка проти атмосферної корозії в слідстві освіти на поверхні тонкої захисної плівки. Прісна вода і конденсат пари практично не діють на мідь. Незначна також швидкість корозії міді у морській воді. Мідь погано чинить опір дії аміаку, хлористого амонію, лужних ціаністих сполук, окислювальних мінеральних кислот, сірчистого газу та ін
Взаємодія міді з киснем відзначається вже при кімнатній температурі. При температурах до 100 ° С на поверхні міді утворюється плівка окису міді чорного кольору. При більш високих температурах швидкість окиснення міді значно зростає і на поверхні утворюється плівка закису міді червоного кольору.
При деформуванні міді спостерігається роздроблення і подовження окремих зерен і створюється певна їх орієнтація. При великих ступенях деформації матеріал набуває волокнисту структуру. При нагріванні (відпалі) деформованої міді відбувається рекристалізація, в результаті чого створюється якісно нова структура.
Розмір зерна рекрісталлізованних міді виявляє помітний вплив на е механічні властивості. Надмірне підвищення температури відпалу призводить до сильного росту зерна і різкого падіння міцності міді. Це явище в практиці називається перегрівом. При температурах відпалу, близьких до температури початку оплавлення, крім того, можливо окислення кордонів зерен і часткове їх розплавлення (перепал). Перегрів можна виправити повторної деформацією з подальшим відпалом при більш низьких температурах. Перепал є непоправним браком.
Чистота міді надає великий вплив як на її властивості, так і на поведінку при подальшій обробці. Багато домішки навіть у незначних кількостях (тисячні і соті частки відсотка) різко знижують електропровідність і теплопровідність міді, а також погіршують здатність міді до обробки тиском.
Залежно від характеру взаємодії з міддю всі домішки можна умовно розділити на три групи:
1) До першої групи належать елементи, розчинні у твердій міді (Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Au, Ag, Al, pt, Cd, Sb).
2) Другу групу складають елементи, практично нерозчинні у міді та утворюють з нею легкоплавкі евтектики (Pb, Bi, та ін)
3) До третьої групи належать елементи, які утворюють з міддю тендітні хімічні сполуки (S, O 2, P і ін)
Рис.1 Вплив добавок на твердість міді. [1]
Розчинні елементи при малих концентраціях не можуть бути виявлені під мікроскопом, тому що вони входять в твердий розчин. Ці домішки в допустимих межах практично не зменшують здібності міді до пластичної деформації. У більшості випадків добавки цих елементів підвищують її твердість і міцність, знижують електропровідність і теплопровідність.
Нерозчинні домішки - свинець і вісмут - утворюють з міддю евтектики, що складаються майже з чистих металів (вміст вісмуту в евтектиці 99,8%, а свинцю 99,94%). Внаслідок майже повної нерастворимости свинцю і вісмуту у твердій міді ці евтектики з'являються у сплавах при будь-якому їх зміст і, кристалізуючись останніми, залягають на межі зерен міді.
Рис.2 Вплив добавок на електропровідність міді. [1]
Вісмут (точніше багата вісмутом евтектика) утворює найтонші прошарку між зернами міді, причому товщина таких прошарків, за деякими даними, за деякими даними може досягати декількох атомних шарів. Тому зазвичай буває достатньо вже тисячних часток відсотка вісмуту, щоб подібні прошарку утворилися на значній частині межзеренного поверхні.
Свинець при малих його утриманнях, так само, як і вісмут, утворює на межі зерен міді тонкі легкоплавкі прошарку, які добре видно на нетравленом шліфі у вигляді темної сітки. При великих утриманнях останній виявляється у вигляді темних точок по межах зерен міді.
При мікроскопічному аналізі литої міді на свинець необхідно мати на увазі, що, подібно свинцю, можуть виглядати наявні у виливках пори і дрібні раковини, які теж розташовуються переважно на межі зерен. Мікропори легко відрізнити від включень свинцю наступним простим прийомом: поворотом мікрометричного гвинта мікроскопа мікрошліф злегка виводять з фокусу і знову наводять на фокус, при цьому краї мікропор на відміну від включень свинцю то сходяться, то розходяться.
Домішки третьої групи - сірка і кисень - утворюють з міддю хімічні сполуки Cu 2 S і Cu 2 O, які також розташовуються по границях зерен міді у вигляді евтектики Cu-Cu 2 O та a (Cu)-Cu 2 O.
З огляду на те, що евтектичні точки на діаграмах стану Cu-Cu 2 O та Cu-Cu 2 S сильно зміщені в бік чистої міді, то основою евтектики в цьому випадку є мідь, в якій вкраплені включення сульфіду або закису міді. При малому вмісті кисню евтектика утворює тонку облямівку навколо зерен міді, намічаючи їх контури навіть без травлення. У міру збільшення вмісту кисню кількість евтектики збільшується і при утриманні 0,39% O 2 сплав має чисто евтектичної будову.
Евтектика a (Cu)-Cu 2 O має точкове будова, де окремі темні точки є частинками закису міді (Cu 2 O); основу евтектики (світле поле) складає мідь (точніше твердий розчин кисню в міді). Розчинність кисню в міді при евтектичній температурі (1065 ° С) становить 0,0035%, при 600 ° С 0,0007%. При переході за евтектичну точку (0,39% O 2) випадають первинні кристали закису міді, що мають форму дендритів. Під мікроскопом закис міді на нетравленом шліфі виявляється у формі темно-блакитних включень. У поляризованому світлі частинки закису міді приймають рубіново-червоне забарвлення, що є характерним її ознакою, так як інші включення - сульфіди, фосфіди - у цих умовах не дають кольорової реакції.
За кількістю евтектики в доевтектичні сплаві можна визначити приблизно вміст кисню в міді
де F ЕОТ-площа поля зору мікрошліф, займана евтектикой,%
0,39 - вміст кисню в евтектиці.
При деформації порушується лита структура металу і частки закису міді розташовуються по межах сильно витягнутих зерен міді., Утворюючи так звану строчно структуру. При відпалі відбувається перебудова структури основного металу і частинок закису міді, кілька укрупнений за рахунок їх злиття, розташовуються у вигляді ланцюжків всередині рекристаллизационного зерен.
Структура міді з домішками сірки багато в чому подібна до сплавів міді з киснем, що пояснюється однаковим характером взаємодії цих домішок з міддю. Однак у сплавах міді з сіркою в сильному ступені позначається явище коалесценції, в результаті чого замість роздрібнених виділень сульфідів спостерігається утворення великих скупчень у формі крапель і евтектика часто не має характерного точкового будови. Рис.3.
Рис.3 Мікроструктура литої міді з домішкою сірки. '250. По межах зерен міді (світлі) розташовуються включення сульфіду міді (Cu 2 S) (темні).
Сульфід міді на нетравленом шві по своєму забарвленню нічим не відрізняється від закису міді і тільки застосування ідікаторного травителя (суміші 3% ого FeCl 3 в 10%-ої HCl) та поляризованого світла дозволяє ці з'єднання один від одного.
Домішки, які утворюють з міддю легкоплавкі евтектики і тендітні хімічні сполуки, погіршують її механічні властивості і сильно знижують здатність до пластичної деформації. При невеликих утриманнях кисень і сірка не надають помітного негативного впливу на гарячу обробку міді.
Кисень є причиною так званої водневої хвороби »міді. Сутність цього явища полягає в тому, що при нагріванні кисневмісної міді в відновної атмосфері (в середовищі, що містить H 2, CO, CH 4 і т.п. гази) водень та інші гази, проникаючи в тверду мідь, взаємодіють з вмісту в ній киснем і утворюють водяні пари (або CO 2), нерозчинні у міді і прагнуть виділитися з неї під деяким тиском. У результаті цього в місцях їх виходу утворюються мікротріщини, які служать причиною руйнування металу при подальшій обробці тиском або в процесі роботи деталей, виготовлених з такої міді. З цієї причини у відношенні вмісту кисню в стандартах на мідь і мідні вироби даються дуже жорсткі норми.
Для розкислення міді зазвичай застосовують невеликі добавки фосфору. Досить ефективним розкислювачем міді є також літій.
Вплив сірки та кисню на механічні властивості міді показано на Рис.4.
Рис.4 Вплив сірки та кисню на механічні властивості міді. [1]
Найбільш шкідливими домішками в міді і її сплавах є вісмут і свинець. Ці домішки вже при незначних утриманнях (тисячні і соті частки відсотка) різко знижують пластичність міді при підвищених температурах. Вісмут внаслідок його крихкості сприяє також зниження пластичності і в холодному стані. Вплив свинцю на механічні властивості міді показано на Мал.5.
Рис. 5 Вплив свинцю на механічні властивості міді. [1]
Шкідливою домішкою вважають також сурму, ототожнюючи її дію з поведінкою вісмуту і міді. Однак це не цілком обгрунтоване. Сурма, згідно з останніми даними, до 2% входить у твердий розчин з міддю (див. Рис.6) і тому не повинна погіршувати ні гарячої, ні холодної обробки міді. У сплавах на основі міді, де розчинність сурми зменшується в десятки разів, вплив на її властивості позначається дуже істотно.
Рис. 6 Діаграма стану Cu-Sb [1]
1 - Марці і Матьюсон (1931г.);
2 - Шібота;
3 - за даними автора (1938 р.)
Шкідливий вплив легкоплавких домішок можна усунути шляхом введення спеціальних присадок, що пов'язують ці домішки в тугоплавкі хімічні сполуки. Найбільш ефективними є такі добавки, які утворюють з домішкою хімічні сполуки, що кристалізуються при температурі або вище, ніж сама мідь, або, принаймні, при температурі вище гарячої обробки сплаву. Легкоплавкі сполуки можуть сприяти горячеломкости. Знаючи формули цих сполук, при відомому змісті домішки можна приблизно підрахувати необхідну кількість нейтралізуючою присадки.
Однак при виборі присадок не можна не враховувати і того середовища, в якій відбувається утворення відповідних сполук. У багатьох випадках вводяться добавки можуть хімічно взаємодіяти з іншими компонентами сплаву або утворювати з ними тверді розчини. При утворенні хімічних сполук або твердих розчинів дію таких добавок на домішки частково або повністю паралізовивать.
Для зв'язування свинцю і вісмуту найбільш ефективними присадками виявилися:
Для вісмуту-літій, кальцій, церій, цирконій, магній;
Для свинцю-кальцій, церій і цирконій.
При введенні зазначених добавок утворюються тугоплавкі сполуки (див. Табл. 3) кристалізуються не у вигляді легкоплавких інтеркрісталліческіх прошарків, а у формі компактних ізольованих тугоплавких сполук.
Табл. 3 Хімічні сполуки свинцю та вісмуту і температури їх плавлення. [1]
При цьому відбувається помітне очищення кордонів зерен від домішок і значна частина включень розташовується всередині зерен міді.
У результаті такої зміни (модифікування) структури досягаються істотні покращення механічних властивостей, особливо при високих температурах. Одночасно з цим усуваються горячеломкость і хладноломкость сплавів, типові для міді, що містить легкоплавкі і тендітні домішки.
Зазначені методи знешкодження свинцю і вісмуту в міді дозволяють розширити можливості використання низькосортних та вторинних металів для виробництва мідних сплавів.
Як вже зазначалося, чиста мідь має невисоку міцність і тому обмежено застосовується як конструкційний матеріал.
Для підвищення міцності і додання міді особливих властивостей (жароміцності, корозійної стійкості і т.д.) її легують різними добавками.
Сплави на основі міді мають високі механічні та іншими цінними властивостями і знайшли широке застосування в техніці.
Характеристика Міді і її сплавів
Завдяки високій електропровідності, теплопровідності та корозійної стійкості мідь зайняла міцне місце в електропромисловості, приладової техніки та хімічному машинобудуванні для виготовлення різноманітної апаратури. Мідь і багато інших її сплави застосовують при виготовленні кріогенної техніки.Промисловість випускає мідь марок М0, М1 та ін М1 (99,9% Cu, домішки не більше 0,1%) Чистий мідь добре обробляється тиском у холодному і гарячих станах, малочутлива до змін низьких температур .. При підвищенні температури міцнісні властивості міді змінюються в досить широких межах.
У машинобудуванні набули поширення сплави на основі міді - латуні і бронзи, які мають кращі характеристики міцності і технологічні характеристики.
Мідь і її сплави зварюються багатьма способами зварювання плавленням. При оцінці зварюваності необхідно враховувати, що мідь та її сплави відрізняються від більшості конструкційних матеріалів більш високу теплопровідність (у 6 разів вище, ніж у заліза), коефіцієнтом лінійного розширення (в 1,5 рази більше, ніж у сталі). Мідь і її сплави схильні до пористості і виникнення кристалізаційних тріщин, активно поглинають гази, особливо кисень і водень, які мають шкідливий вплив на міцність і технічні характеристики.
Кисень малорастворим у твердій міді. При підвищенні температури мідь активно окислюється, утворюючи оксид міді Cu 2 O, який при затвердінні утворює з міддю евтектику Cu-Cu 2 O. Розташовуючись по границях зерен, евтектика знижує корозійну стійкість і пластичність міді. При вмісті в міді кисню більше 0,1% вагаються процеси гарячої деформації, зварювання, пайки та інших видів гарячої обробки.
Водень добре розчиняється в рідкій міді. У затверділої міді розчинність водню незначна. З підвищенням температури розчинність водню зростає, особливо при переході в рідкий стан.
Мідь і її сплави в рідкому стані можуть взаємодіяти також з оксидами вуглецю. Азот має вельми мале спорідненість до міді і не розчиняється в ній.
Пористість
Мідь і її сплави проявляють підвищену схильність до утворення пір в металі шва і біляшовній зоні. Причиною утворення пір є водень, водяні пари або утворюється вуглекислий газ при взаємодії окису вуглецю з закисом міді.Рис. 4 Розчинність водню в міді (
Високі градієнти температури сприяють розвитку термічної дифузії водню в зоні термічного впливу, що призводить до сегрегації водню поблизу лінії сплавлення і збільшує ймовірність виникнення дефектів: пір, тріщин. Розчинність водню в міді залежить від вмісту в ній кисню і легуючих компонентів.
При зварюванні латуней причиною пористості може стати випаровування Zn, температура кипіння якого нижче температури плавлення Cu і становить 907 ° С. Випаровування Zn зменшує введення Mn і Si.
При зварюванні бронз вигоряння легуючих домішок також може стати причиною появи пористості.
Виникнення пір і мікротріщин може бути також пов'язане і з усадковими явищами, що протікають в процесі кристалізації зварного шва. Низька стійкість міді та її сплавів проти виникнення пір у зварних швах в основному зумовлена активним взаємодією міді з воднем і протіканням при цьому супутніх процесів (утворення водяних парів виділення водню).
Мідь і її сплави при зварюванні схильні до утворення гарячих тріщин. Це обумовлено високим значенням коефіцієнта теплового розширення, великою величиною усадки при затвердінні і високою теплопровідністю поряд поряд з наявністю в міді і її сплавах шкідливих домішок (кисню, сурми, вісмуту, миш'яку, сірки, свинцю), які утворюють з міддю легкоплавкі евтектики. При затвердінні металу шва евтектики зосереджуються по межах кристалів, знижуючи міжкристалітну міцність. Для забезпечення високих властивостей металу концентрацію домішок у міді обмежують. Так, наприклад, в міді допускається не більше 0,005 сурми, 0,005 вісмуту, 0,004% сірки.
При зварюванні міді і її сплавів у швах формується крупнокристалічна структура. Це пов'язано з тим, що висока теплопровідність міді та її сплавів при зварюванні сприяє інтенсивному розповсюдженню теплового потоку від центру зварного шва до основного металу. При цьому створюються сприятливі умови для спрямованої кристалізації від зони сплавлення в глиб зварювальної ванни. Оскільки в цих умовах не з'являються нові центри кристалізації, у зварному шві утворюється зона з кристалітів з виборчою орієнтацією; кристаліти витягуються в напрямку теплового потоку, утворюючи грубозернисту столбчатую структуру зварного шва.
Інтенсивне поширення теплоти в основний метал при зварюванні сприяє зростанню зерна в зоні термічного впливу.
Особливості технології зварювання
У зв'язку з високою теплопровідністю міді і сплавів на її основі для місцевого розплавлення металу необхідно застосовувати джерела теплоти з високою тепловою потужністю і концентрацією енергії в зоні нагрівання. З-за високої теплопровідності і швидкого відводу теплоти погіршується формування шва, зростає схильність до появи в зварних швах дефектів (непроварів, підрізів, напливів, тріщин, пористості). У зв'язку з цим зварювання металу великої товщини (понад 10-15 мм) зазвичай виконують з попереднім і супутнім підігрівом. Попередній підігрів забезпечує більш рівномірний розподіл теплоти в зварювальній ванні, покращує умови кристалізації зварного шва, знижує внутрішні напруження і ймовірність виникнення тріщин. Вироби підігрівають газовим полум'ям, розосередженої дугою і іншими способами. Вироби з міді підігрівають до температури 250-300 ° С.Тонколистові конструкції з товщиною стінки 1,5-2 мм зварюють встик без обробки або з відбортовкою крайок. Висота відбортовки 1,5-2s (s-товщина зварюваних листів). Листи товщиною до 5 мм зварюють також без оброблення крайок, але із зазором до 2мм. Листи товщиною понад 10мм зварюють з обробленням крайок: під ручне дугове зварювання (РДС) з кутом оброблення 70 ° і притупленням крайок до 3мм.
Стикове з'єднання зварюють, як правило, на формують підкладках з міді, графіту, кераміки і флюсової подушці. Таврові з'єднання великих товщин для утримання рідкої ванни рекомендується зварювати в «човник».
Застосовують пресовані прутки або дріт діаметром 3-10мм. Хімічний склад присадних стрижнів (дроту) вибирають в залежності від вимог до зварних швах і методу зварки.
Конструкції з міді зварюють з присадочной дротом аналогічного складу або легованої фосфором і кремнієм до 0,2-0,3%. При введенні в зварювальну ванну зазначених розкислювачів відбувається відновлення Cu 2 O. Продукти реакції переходять в шлак, метал шва очищається від кисню. Для підвищення міцнісних властивостей металу шва використовують присадні стрижні, леговані кремнієм, фосфором, марганцем, оловом, залізом і іншими елементами.
Дугове зварювання покритими електродами виконують на постійному струмі зворотної полярності, прагнучи підтримати коротку дугу без коливання кінця електрода. Силу струму вибирають залежно від діаметра електрода. Фізичні та механічні властивості зварних швів забезпечують відповідних підбором хімічного складу електродного стрижня і покриття.
Якщо при зварюванні необхідно забезпечити високі теплопровідність і електропровідність металу шва, використовують електрода «Комсомолець-100» зі стрижнем з міді (М1).
Автоматичне зварювання міді і її сплавів під флюсом виконують на постійному струмі зворотної полярності. У поєднанні з електродним дротом М1 використовують флюси АН-348, ОСЦ-45, АН-20, АН-26 та інші, або керамічні флюси.
Дугове зварювання в середовищі захисних газів (ручна або автоматична) може бути виконана в середовищі аргону, гелію або їх сумішей вольфрамовим електродом або плавиться електродним дротом.
При зварюванні в якості присадочного матеріалу використовують зварювальний дріт БрХ0, 7, БрКМп3-1 або мідь марки М1 з добавкою фосфору і кремнію до 0,1-0,2%. Фосфор і кремній добре раскисляют зварювальну ванну, знижують пористість і забезпечують високі фізико-механічні властивості зварних швів.
Підготовка під зварювання.
Зварюваний метал і електродний дріт перед зварюванням ретельно очищаються від окислів механічно (шабером, наждаком та інше) або хімічно (травленням в розчині, що містить в 1 л 75мл HNO 3, 100мл H 2 SO 4, 1мл HCl, інше-дистильована вода, з наступним промиванням у воді, потім обезжирюються).Вибір технічного процесу зварювання вироби в першу чергу визначається його призначенням, складністю (наявність коротких або криволінійних швів у різних просторових положеннях, важкодоступних місць), а також числом виготовлених виробів (серія) та вимогами, що пред'являються до їх якості.
Газове зварювання.
При одиничному виробництві та ремонтних роботах рекомендується використовувати газове зварювання, в процесі якої здійснюється підігрів і початкова термічна обробка виробу. Невисокі температурні градієнти зменшують вплив зварювального термічного циклу на метал у зоні зварювання (шов, зона термічного впливу). Можливо Розкислення і легування металу через присадні дріт. Газове зварювання можна застосовувати як для чистої міді, так і для її сплавів.Газова пальник-теплове джерело малої зосередженості, тому для зварювання міді бажано використовувати ацетіленокіслородную зварювання, що забезпечує найбільшу температуру ядра полум'я. Для зварювання товщин більш 10мм рекомендується застосовувати два пальники, з яких одна використовується для підігріву, а друга для утворення зварювальної ванни.
Для зварювання міді і бронзи використовують нормальне полум'я 
Розкислення металу зварювальної ванни, не дивлячись на захист від навколишнього середовища продуктами згоряння, проводиться вилучення закису міді флюсами або введенням розкислювачів через присадні дріт.
Зварювальні флюси для міді містять сполуки бору (борна кислота, борний ангідрид, бура), які розчиняють закис міді, утворюючи легкоплавку евтектику, і виводять її в шлак. Крім сполук бору, флюси можуть містити фосфати. (Табл.4)
Табл.4. Склад флюсів для зварювання міді і її сплавів% (за масою) [2]
Флюси наносять на зачищені і знежирені зварювані кромки по 10-12 мм на сторону. Додатково їх можна вносити за допомогою присадочного металу, на який наносять покриття з компонентів флюсу та рідкого скла з додаванням деревного вугілля [10-20% (за масою)]. При зварюванні алюмінієвих бронз до складу флюсу треба вводити фториди і хлориди, що розчиняють Al2O3, який виходить при окисленні алюмінію в складі бронзи.
При зварюванні Cu товщиною до 3 мм оброблення крайок не виробляють, як присадочной дроту використовують мідь М1 або М2, так як мідь не встигає істотно окислитися. При великих товщинах застосовують присадні дріт, леговану раскислителями. При зварюванні мідних сплавів складу присадочной дроту повинен збігатися зі складом основного металу. Мідь великих товщин зварюють у вертикальному положенні. Після зварювання здійснюють проковування в підігрітому стані (до 300-400 град.Цельсія) з подальшим відпалом. При проковки виходить дрібнозерниста структура шва і підвищуються його пластичні властивості.
При правильно виконаній зварюванні і подальшої проковки зварні шви мають міцність
Мідь товщиною до 4 см зварюють без оброблення крайок, до 10 мм-з одностороннім при куті скосу кромок до 60-70 град. і притупленні 1,5-3 мм. При більшій товщині рекомендується Х-образна розбирання.
Теплопровідність і електропровідність металу шва при зварюванні покритими електродами значно знижуються. У процесі плавлення електрода з покриттям в метал шва переходить частина легуючих компонентів і електропровідність шва становить близько 20% від електропровідності міді М1. Механічні властивості швів, виконаних дуговим зварюванням покритими електродами, цілком задовільні:
Табл.5. Орієнтовні режими ручного однопрохідної зварювання міді покритими електродами [2]
При зварюванні міді під такими кислими флюсами у метал шва переходять Si і Mn, в результаті погіршуються тепло-і електрофізичні властивості сполук в порівнянні з основним металом. Застосування безкисневих фторидних флюсів, наприклад марки АН-М1, дозволяє отримувати шви, питомий опір яких у 1,5 рази нижче, а теплопровідність в 2 рази вище в порівнянні зі швами, виконаними під кислим флюсом АН-348А.
Для електродугового зварювання міді використовуються керамічні флюси: ЖМ-1 для зварювання міді і К-13МВТУ для зварювання міді зі сталлю.
Режими зварювання міді під флюсом К-13МВТУ наведені в Табл.6.
Табл. 6. Режими зварювання міді під флюсом К-13МВТУ. [2]
Зварку ведуть на постійному струмі зворотної полярності при жорсткому закрепленііна підкладках з охолоджувальної міді (товщиною до 2,5 мм) або на графіті (товщиною 5-6 мм). Склад флюсу К-13МВТУ,% (стать масі):
· Глинозем-20
· Плавиковий шпат-20
· Кварцовий пісок-8-10
· Магнезит-15
· Крейда-15
· Бура безводна-15-19
· Порошок алюмінію-3-5
Застосування керамічного флюсу дозволяє розкислювати і легувати метал
шва, електро-і теплопровідність металу шва виходять на рівні вихідного металу.
Зі збільшенням товщини металу керамічні флюси стають обмежено придатними, так як не забезпечують необхідної щільності і необхідної пластичності з'єднання. Знизити пористість при зварюванні Cu дозволила суміш, що складається з 80% (за масою) флюсу АН-26С і 20% флюсу АН-20С. Кращі результати по щільності швів забезпечує флюс сухий грануляції АН-М13 (ВТУ ІЕЗ 56Ф-72).
Автоматичну дугове зварювання під флюсом застосовують для з'єднання міді зі сталлю. Зварювання виробляється зі зміщенням електрода на мідь, практично без оплавлення стали: розплавлена мідь змочує сталеву крайку і з'єднання утворюється за рахунок дифузії міді в сталь. Застосовується спеціальна оброблення крайок: скіс тільки мідній крайки під кутом 45 град. з притупленням, що дорівнює половині товщини. Стикове або кутове з'єднання збираються без зазору, відстань осі електрода від краю мідної кромки складає 0,65-0,75 товщини міді. Режим зварювання такий же, як і при зварюванні мідних з'єднань, але зварювальний струм знижують до 15-20%. Зварні з'єднання мідь - низьковуглецевий сталь
володіють хорошими механічними властивостями.
В якості захисних газів використовують азот особливої чистоти за МРТУ 6-02-375-66, аргон сорти вищий за ГОСТ 10157-79, гелій вищої категорії якості марок А і Б за ТУ 51-940-80, а також їх суміші в співвідношенні по обсягом 50-75% аргону.
При зварюванні в середовищі аргону плавиться процес нестійкий, з працею встановлюється стабільний струменевий перенесення металу в зварювальній дузі. При зварюванні в середовищі азоту ефективний і термічний ККД дугового розряду вище, ніж аргону і гелію. Глибина проплавлення виходить вищою, але стійкість дугового розряду в азоті нижче, ніж в аргоні і гелії. Незважаючи на високу чистоту захисних газів, мідь при зварюванні піддається окисленню і може виникати пористість, що визначає необхідність застосування легованих присадних і електродних дротів.
Зварювання міді неплавким електродом здійснюють на постійному струмі прямої полярності. При зварюванні електрод розташовують строго в площині стику, нахил електрода 60-80 ° "кутом назад". При зварюванні Cu товщиною більше 4-5 мм рекомендується підігрів до 300-400 °.
Присадні дроту з чистої міді М1, М0 при зварюванні забезпечують отримання металу шва, за складом і фізичними властивостями близького до основного металу, однак механічні властивості зварного з'єднання знижені, наявність пористості зменшує щільність металу шва. При введенні до складу присадних дротів розкислювачів і легуючих компонентів механічні властивості зростають, але, як правило, тепло-і електропровідність металу шва, що в ряді випадків неприпустимо. У таких випадках рекомендуються присадні дроту, леговані сильними раскислителями в микроколичествах, які після зварювання не залишаються в складі твердих розчинів, а переходять у свої з'єднання і утворюють високодисперсні шлакові включення і тому не впливають на фізичні властивості металів.
Склади присадних дротів наведено в Табл.7., Дозволяє одержати метал шва з фізичними та механічними властивостями на рівні основного металу М1, корозійна стійкість зварних з'єднань така ж, як у основного металу.
Табл. 7. Марки присадочного металу для зварювання міді і її сплавів неплавким електродом. [2]
Зварювання чистої Cu суттєво відрізняється від зварювання сталей у силу особливостей теплофізичних властивостей цих металів. Великі тепло-і температуропровідності Cu створюють високі градієнти температури і швидкості охолодження, а також визначають малий час існування зварювальної ванни, що вимагає застосування підвищеної погонною енергії або попереднього підігріву, а це є небажаним ускладненням технології зварювання. Значний коефіцієнт лінійного розширення і його залежність від температури викликають необхідність зварювання при жорсткому закріпленні крайок або за прихватки. При великій товщині металу слід регулювати величину зазору при зварюванні. Малий час існування зварювальної ванни в рідкому стані обмежує можливості її металургійної обробки. Зокрема, при раскислении міді потрібні активніші раскислители, ніж при зварюванні сталей.
Особливістю зварювання Cu і її сплавів є схильність швів до утворення гарячих тріщин. Кисень, сурма, вісмут, сірка і свинець утворюють з міддю легкоплавкі евтектики, які накопичуються по межах кристалітів. Це вимагає обмеження вмісту домішок в міді:
Мідь має високою технологічністю. Вона прокатується в тонкі листи і стрічку, з неї отримують тонкий дріт, мідь легко полірується, добре паяется і зварюється.
Розкислення металу зварювальної ванни, не дивлячись на захист від навколишнього середовища продуктами згоряння, проводиться вилучення закису міді флюсами або введенням розкислювачів через присадні дріт.
Зварювальні флюси для міді містять сполуки бору (борна кислота, борний ангідрид, бура), які розчиняють закис міді, утворюючи легкоплавку евтектику, і виводять її в шлак. Крім сполук бору, флюси можуть містити фосфати. (Табл.4)
Табл.4. Склад флюсів для зварювання міді і її сплавів% (за масою) [2]
Флюси наносять на зачищені і знежирені зварювані кромки по 10-12 мм на сторону. Додатково їх можна вносити за допомогою присадочного металу, на який наносять покриття з компонентів флюсу та рідкого скла з додаванням деревного вугілля [10-20% (за масою)]. При зварюванні алюмінієвих бронз до складу флюсу треба вводити фториди і хлориди, що розчиняють Al2O3, який виходить при окисленні алюмінію в складі бронзи.
При зварюванні Cu товщиною до 3 мм оброблення крайок не виробляють, як присадочной дроту використовують мідь М1 або М2, так як мідь не встигає істотно окислитися. При великих товщинах застосовують присадні дріт, леговану раскислителями. При зварюванні мідних сплавів складу присадочной дроту повинен збігатися зі складом основного металу. Мідь великих товщин зварюють у вертикальному положенні. Після зварювання здійснюють проковування в підігрітому стані (до 300-400 град.Цельсія) з подальшим відпалом. При проковки виходить дрібнозерниста структура шва і підвищуються його пластичні властивості.
При правильно виконаній зварюванні і подальшої проковки зварні шви мають міцність
Ручна зварка.
Виконується на постійному струмі зворотної полярності. Орієнтовні режими наведені в Табл.5Мідь товщиною до 4 см зварюють без оброблення крайок, до 10 мм-з одностороннім при куті скосу кромок до 60-70 град. і притупленні 1,5-3 мм. При більшій товщині рекомендується Х-образна розбирання.
Теплопровідність і електропровідність металу шва при зварюванні покритими електродами значно знижуються. У процесі плавлення електрода з покриттям в метал шва переходить частина легуючих компонентів і електропровідність шва становить близько 20% від електропровідності міді М1. Механічні властивості швів, виконаних дуговим зварюванням покритими електродами, цілком задовільні:
Табл.5. Орієнтовні режими ручного однопрохідної зварювання міді покритими електродами [2]
| Товщина, мм | Діаметр електрода, мм | Струм дуги, А | Напруга, В |
| 2 | 2-3 | 100-120 | 25-27 |
| 4 | 4-5 | 160-200 | 25-27 |
| 6 | 5-7 | 260-340 | 26-28 |
| 7-8 | 6-7 | 380-400 | 26-28 |
| 9-10 | 6-8 | 400-420 | 28-30 |
Автоматичне зварювання під флюсом.
основною перевагою автоматичного зварювання Cu під флюсом є можливість отримання стабільних високих механічних властивостей без попереднього підігріву. Тому при виготовленні великогабаритних зварних конструкцій їх Cu великих товщин технологічний процес досить простий і майже не відрізняється від процесу зварювання сталей.При зварюванні міді під такими кислими флюсами у метал шва переходять Si і Mn, в результаті погіршуються тепло-і електрофізичні властивості сполук в порівнянні з основним металом. Застосування безкисневих фторидних флюсів, наприклад марки АН-М1, дозволяє отримувати шви, питомий опір яких у 1,5 рази нижче, а теплопровідність в 2 рази вище в порівнянні зі швами, виконаними під кислим флюсом АН-348А.
Для електродугового зварювання міді використовуються керамічні флюси: ЖМ-1 для зварювання міді і К-13МВТУ для зварювання міді зі сталлю.
Режими зварювання міді під флюсом К-13МВТУ наведені в Табл.6.
Табл. 6. Режими зварювання міді під флюсом К-13МВТУ. [2]
| Товщина металу, мм | Діаметр дроту, мм | Струм, А | Напруга, В |
| 1-2 5-6 | 1-2 2-3 | 160-180 400-500 | 26-27 28-30 |
· Глинозем-20
· Плавиковий шпат-20
· Кварцовий пісок-8-10
· Магнезит-15
· Крейда-15
· Бура безводна-15-19
· Порошок алюмінію-3-5
Застосування керамічного флюсу дозволяє розкислювати і легувати метал
шва, електро-і теплопровідність металу шва виходять на рівні вихідного металу.
Зі збільшенням товщини металу керамічні флюси стають обмежено придатними, так як не забезпечують необхідної щільності і необхідної пластичності з'єднання. Знизити пористість при зварюванні Cu дозволила суміш, що складається з 80% (за масою) флюсу АН-26С і 20% флюсу АН-20С. Кращі результати по щільності швів забезпечує флюс сухий грануляції АН-М13 (ВТУ ІЕЗ 56Ф-72).
Автоматичну дугове зварювання під флюсом застосовують для з'єднання міді зі сталлю. Зварювання виробляється зі зміщенням електрода на мідь, практично без оплавлення стали: розплавлена мідь змочує сталеву крайку і з'єднання утворюється за рахунок дифузії міді в сталь. Застосовується спеціальна оброблення крайок: скіс тільки мідній крайки під кутом 45 град. з притупленням, що дорівнює половині товщини. Стикове або кутове з'єднання збираються без зазору, відстань осі електрода від краю мідної кромки складає 0,65-0,75 товщини міді. Режим зварювання такий же, як і при зварюванні мідних з'єднань, але зварювальний струм знижують до 15-20%. Зварні з'єднання мідь - низьковуглецевий сталь
володіють хорошими механічними властивостями.
Електрошлакове зварювання міді і її сплавів.
Застосовується для Cu великих товщин 30-55мм. Легування шва здійснюють, застосовуючи пластинчасті електроди відповідного складу. Температура плавлення флюсу повинна бути нижче температури плавлення міді, застосовуються легкоплавкі флюси системи NaF-LiF-CaF2, які забезпечують стійкий процес, підігрів і плавлення крайок на необхідну глибину, хррошее формування шва і легке видалення шлакової кірки. Особливістю режимів електрошлакового зварювання міді є підвищені зварювальні струми: I = 800-1000 A; U д = 40-50 В, швидкість подачі пластинчастого електрода 12-15 м / ч. Механічні властивості металу шва мало відрізняються від властивостей основного металу.Дугове зварювання в захисних газах.
Ручне, напівавтоматичне й автоматичне зварювання Cu і її сплавів можна виробляти плавиться і неплавким електродом. Найбільш часто застосовують зварювання вольфрамовим електродом з подачею присадочного металу у вигляді дроту безпосередньо в зону дуги, вузькою профільованої проставки, що закладається в стик, або із застосуванням технологічного бурту на одній з з'єднуваних деталей. Рідше застосовується зварювання плавким електродом.В якості захисних газів використовують азот особливої чистоти за МРТУ 6-02-375-66, аргон сорти вищий за ГОСТ 10157-79, гелій вищої категорії якості марок А і Б за ТУ 51-940-80, а також їх суміші в співвідношенні по обсягом 50-75% аргону.
При зварюванні в середовищі аргону плавиться процес нестійкий, з працею встановлюється стабільний струменевий перенесення металу в зварювальній дузі. При зварюванні в середовищі азоту ефективний і термічний ККД дугового розряду вище, ніж аргону і гелію. Глибина проплавлення виходить вищою, але стійкість дугового розряду в азоті нижче, ніж в аргоні і гелії. Незважаючи на високу чистоту захисних газів, мідь при зварюванні піддається окисленню і може виникати пористість, що визначає необхідність застосування легованих присадних і електродних дротів.
Зварювання міді неплавким електродом здійснюють на постійному струмі прямої полярності. При зварюванні електрод розташовують строго в площині стику, нахил електрода 60-80 ° "кутом назад". При зварюванні Cu товщиною більше 4-5 мм рекомендується підігрів до 300-400 °.
Присадні дроту з чистої міді М1, М0 при зварюванні забезпечують отримання металу шва, за складом і фізичними властивостями близького до основного металу, однак механічні властивості зварного з'єднання знижені, наявність пористості зменшує щільність металу шва. При введенні до складу присадних дротів розкислювачів і легуючих компонентів механічні властивості зростають, але, як правило, тепло-і електропровідність металу шва, що в ряді випадків неприпустимо. У таких випадках рекомендуються присадні дроту, леговані сильними раскислителями в микроколичествах, які після зварювання не залишаються в складі твердих розчинів, а переходять у свої з'єднання і утворюють високодисперсні шлакові включення і тому не впливають на фізичні властивості металів.
Склади присадних дротів наведено в Табл.7., Дозволяє одержати метал шва з фізичними та механічними властивостями на рівні основного металу М1, корозійна стійкість зварних з'єднань така ж, як у основного металу.
Табл. 7. Марки присадочного металу для зварювання міді і її сплавів неплавким електродом. [2]
Зварюваність міді
Загальні питання зварюваності визначаються впливом термічного циклу зварювання на фізичні властивості металу: його міцність і пластичність. Для Cu ці властивості будуть залежати від ступеня її чистоти. Так, Cu з підвищеною концентрацією водню може мати провал пластичності в інтервалі температур 350-450 ° С, який для чистої міді зазвичай не реєструється.Зварювання чистої Cu суттєво відрізняється від зварювання сталей у силу особливостей теплофізичних властивостей цих металів. Великі тепло-і температуропровідності Cu створюють високі градієнти температури і швидкості охолодження, а також визначають малий час існування зварювальної ванни, що вимагає застосування підвищеної погонною енергії або попереднього підігріву, а це є небажаним ускладненням технології зварювання. Значний коефіцієнт лінійного розширення і його залежність від температури викликають необхідність зварювання при жорсткому закріпленні крайок або за прихватки. При великій товщині металу слід регулювати величину зазору при зварюванні. Малий час існування зварювальної ванни в рідкому стані обмежує можливості її металургійної обробки. Зокрема, при раскислении міді потрібні активніші раскислители, ніж при зварюванні сталей.
Особливістю зварювання Cu і її сплавів є схильність швів до утворення гарячих тріщин. Кисень, сурма, вісмут, сірка і свинець утворюють з міддю легкоплавкі евтектики, які накопичуються по межах кристалітів. Це вимагає обмеження вмісту домішок в міді:
- O 2 - до 0,03%
- Bi - до 0,003%
- Sb - до 0,005%
- Pb - до 0,03%
Висновок
Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Ag підвищують міцність і твердість міді і використовуються для легованих сплавів на мідній основі. Нерозчинні елементи Pb і Ni погіршують механічні властивості міді і однофазних сплавів на її основі. Утворюючи легкоплавкі евтектики, що розташовуються по межах зерен основної фази, вони викликають красноломкость. Вісмут, будучи тендітним металом, охрупчивается мідь та її сплави. Свинець, володіючи низькою міцністю, знижує міцність мідних сплавів, проте внаслідок гарної пластичності не викликає їх крихкості. Крім того, свинець покращує антифрикційні властивості і оброблюваність різанням мідних сплавів, тому його застосовують для легування. Нерозчинні елементи O, S, Se, Te присутні в міді і її сплавах у вигляді проміжних фаз (наприклад, Cu 2 O, Cu 2 S), які утворюють з міддю евтектики з високою температурою плавлення і не викликають красноломкость. Кисень при відпалі міді у водні викликає «водневу хвороба», яка може призвести до руйнування металу при обробці тиском або експлуатації готових деталей. Механічні властивості міді в більшій мірі залежать від її стану і меншою від вмісту домішок.Мідь має високою технологічністю. Вона прокатується в тонкі листи і стрічку, з неї отримують тонкий дріт, мідь легко полірується, добре паяется і зварюється.
Список літератури
- М. В. Мальцев «Металографія промислових кольорових металів і сплавів» (2 вид. Изд-во «Металургія», 1970, 364с.)
- Довідник «Зварювання та зварювані матеріали» (Том 1. Изд-во «Металургія» 1991р.)
- Теорія зварювальних процесів / Под ред. В.В. Фролова /. - М.: Вища школа, 1988.-599 с.
- Технологія та устаткування зварювання плавленням / Под ред. Г.Д. Нікіфорова /,-2-е вид. -М.: Машинобудування, 1986? / - 320 c.
- Технологічні основи зварювання і пайки в авіабудуванні. / Под ред. В.А. Фролова /. -М.: Інтермет-інжиніринг, 2002. -456 С.
- http://www.sak.ru/
- «Матеріалознавство» підручник для ВНЗ / Б.М. Арзамас, В.І. Макарова, Г.Г. Мухін та ін За заг. Ред. Б.М. Арзамасова, Г.Г. Мухіна. -3-е вид., Переробці. І доп. - М.: Із МГТУ ім. Н.е. Баумана, 2001. - 648 с., Іл.