Особенности физико-химического поведения меди и стали, их учёт при выборе метода сварки этих материалов в конкретных условиях

Влияние особенностей меди на выбор способа её сварки со сталью

На выбор технологии сварки влияют следующие особенности меди :

1. Высокая теплопроводность затрудняет точечный разогрев.
2. Быстрая окисляемость провоцирует засорение металла шва, делая его неоднородным и менее прочным.
3. Медь при расплавлении поглощает большое количество водорода, приводя к образованию в шве дефектов.
4. Сильная растекаемость расплавленной меди приводит к необходимости вести сварку в нижнем положении с использованием подкладок.
5. Очень сильно влияет на свариваемость меди качественный и количественный состав примесей, входящих в её состав.

Аргонодуговая сварка

Сваривание происходит при помощи электрической дуги в аргоне, т. е. в инертной среде, при использовании плавящихся или неплавящихся электродов. В качестве неплавящегося чаще всего используют вольфрамовый электрод. Подача присадки производится к зоне дуги извне, в электрическую цепь не подсоединяется. Аргонодуговую сварку обычно применяют для соединения небольших изделий.

Качество сварного соединения зависит от степени проплавления стали и будет более приемлемо при возможно меньшем количестве стали в получившемся шве. Это достигается корректной регулировкой нагрева и контролем плавления обоих металлов: большую температуру дуги концентрируют на меди, а сталь нагревается и оплавляется, благодаря тепловой энергии, поступающей от получившейся сварной ванны.

С учётом этой особенности для сварки меди с толстым железом предварительный прогрев не производят. При этом сварку лучше выполнять на флюсе. Чтобы предотвратить вытекание жидкого металла, при таком подходе используют соответствующие ограничители со стороны меди.

При использовании неплавящегося электрода используется постоянный ток прямой полярности и чистый аргон без примесей. Материал толще 4 мм приваривают после предварительного прогрева до 800°С. Сварку лучше вести, наклоняя электрод к свариваемому участку на 85-90°, при этом присадочную проволоку нужно наклонять на 15-20° , а вылет электрода поддерживать на 5-10 мм. Также очень важно правильно выбрать присадочный материал. Обычно используют различные сплавы меди.

Можно ли сварить медь со сталью?

weld.in.ua/forum/archive/index.php/t-90.htmlНиже по тексту.

Цитирую: «Сварка стали с медью и ее сплавами.

В равновесном состоянии при комнатной температуре медь растворяется в alfa — Fe в количестве до 0,3 %, a железо в меди в количестве до 0,2%. Хрупких — интерметаллидов не образуется. В связи с большими скоростями охлаждения при сварке в переходном слое образуется пересыщенный твердый раствор меди с железом, но при содержании до 2-2,5% Fe структурно-свободное железо не обнаруживается. Граница сплавления между сталью и медью — резкая, с включениями фазы, обогащенной железом различного размера. Со стороны стали, примыкающей ко шву, размер зерна

увеличивается в пределах зоны шириной 1,5-2,5 мм. Микротвердость зоны сплавления достигает 580-620 кгс/мм2.

Ухудшает взаимную растворимость железа и меди наличие в стали углерода, а улучшает марганец и кремний. Марганец снижает критическую точку А3 и расширяет область а-твердого раствора, в котором медь растворяется в значительно большем количестве, а кремний раскисляет сварочную ванну и упрочняет зерна твердого раствора.

Затруднения при сварке и наплавке меди на сталь связаны с ее физико-химическими свойствами, высоким сродством меди к кислороду, низкой температурой плавления меди, значительным поглощением жидкой медью газов, различными величинами коэффициентов теплопроводности, линейного расширения и т. д.

(Одним из основных возможных дефектов при сварке следует считать образование в стали под слоем меди трещин, заполненных медью или ее сплавами. Указанное явление объясняют расклинивающим действием жидкой меди, проникающей в микронадрывы в стали по границам зерен при одновременном действии термических напряжений растяжения.

В углеродистых и низколегированных сталях (СтЗ, 10ХСНД и т. п.) трещин мало и размеры их невелики, а в сталях, имеющих аустенитную структуру, в частности типа 18-8, количество и размеры трещин резко возрастают. Для сталей типа 18-8 эффективным барьером для упомянутых трещин является введение ферритной фазы. При содержании феррита свыше 30% в стали типа 18-8 проникновение меди в сталь не наблюдается; это объясняется тем, что феррит не смачивается медью и проникновения меди в микронадрывы не происходит.

Для уменьшения опасности образования указанных трещин рекомендуется вести сварку на минимальной погонной энергии в качестве присадочного металла применять никелевый сплав МНЖ 5-1 или бронзу БрАМц 9-2. Наличие никеля и алюминия снижает активность воздействия жидкого металла в микронадрывах на стали, что уменьшает опасность образования глубоких трещин в стали.

Медь, латунь и бронза успешно свариваются со сталью всеми способами сварки плавлением на тех же режимах, что и стальные детали соответствующих сечений, но дугу со стыка несколько смещают в сторону меди или ее сплавов.

Для сварки меди, бронз БрАМц 9-2, БрКМц 3-1, латуни Л90 со сталями типа СтЗсп; Ст4сп; 10; 09Г2 применяют: а) для ручной сварки — электроды с покрытием типа «Комсомолец»; б) для сварки под флюсом — флюсы ОСЦ-45, АН-26 и др. и проволоку марки Ml, М2 и БрКМц 3-1 и др.; в) для сварки в среде инертных защитных газов — проволоки марок БрКМц 3-1, БрАМц 9-2, МНЖ 5-1. В ряде случаев необходим предварительный подогрев изделия.

Сплав МНЖ 5-1 сваривается с углеродистыми и низколегированными сталями электродами со стержнем из сплава МНЖ 5-1 с покрытием ЗТ, а при сварке под флюсом ОСЦ-45 или в защитных газах — электродной проволокой марки МНЖ 5-1.

При сварке обеспечивается равнопрочность сварного соединения (по цветному металлу) при действии статической нагрузки. Сварные соединения обладают удовлетворительной пластичностью. Так, для соединения меди МЗр или сплава МНЖ 5-1 со сталью Ст4сп при ручной сварке угол изгиба составляет 40- 85 град., а при аргонодуговой 110-180 град.

Более высокое качество сварных соединений при аргонодуговой сварке сплавами МНЖ 5-1 объясняется тем, что в этом случае в металле шва содержание железа не превышает 8-10%, а при ручной сварке достигает 50-55%.

Оптимальные условия наплавки меди на сталь требуют, чтобы не было расплавления стали, чтобы она хорошо смачивалась (для этого ее температура превышала 1100 град. С) и длительность контактирования меди со сталью при этой температуре была бы не менее 0,01-0,015 с.

Для соединения меди и ее сплавов со сталью рекомендуется применять аргонодуговую сварку вольфрамовым электродом, а для наплавки цветных металлов на сталь — наплавку плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой. Сварные соединения имеют достаточно высокую усталостную прочность.

Сварка стали с титаном. Одной из основных задач при сварке титана со сталями является выбор таких сварочных материалов, методов и режимов сварки, при которых предотвращалось бы или резко подавлялось образование хрупких интерметаллических фаз FeTi и Fe2Ti.

Непосредственная сварка титана со сталью не дает положительных результатов. Практическое применение находит сварка в аргоне вольфрамовым электродом и сварка через промежуточные вставки. Хорошие результаты получены при использовании комбинированной вставки, состоящей из технического тантала (sigmaВ = 70 кгс/мм2) и термообрабатываемой бронзы БрБ2.

Бронза сваривается с углеродистой или аустенитной сталью аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом, а тантал с титаном — в камерах с контролируемой атмосферой. Предел прочности соединения по бронзе 49 кгс/мм2, при закалке бронзы 60,5 кгс/мм2 (закалка до сварки).

Комбинированные вставки из бронзы БрБ2 и ниобия используют для аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом в камере с контролируемой атмосферой титана ОТ4-1 толщиной 0,8 и 2 мм. Прочность соединения при толщине 0,8 мм sigmaв = 53 — 66 кгс/мм2, угол изгиба 72-180 град.; при толщине 2 мм sigmaв = 40 — 45 кгс/мм2, угол изгиба 41-61 град.» конец цитаты.

Сварка угольным электродом

Данный вид сварки не гарантирует качественное соединение, поэтому угольные электроды оправданно использовать при малой толщине меди. На толщине более 15 мм целесообразнее применение графитовых электродов.

Работа выполняется постоянным током прямой полярности и ведётся длинной дугой с целью избежать нежелательного влияния на качество выделяющегося оксида углерода. Поддерживают расстояние от присадочного материала до ванны 5 мм, не погружая в ванну, под углом 30° к изделию. Угол электрода к рабочей поверхности в 70-90°.

Обязательно применение присадочного материала с фосфором, а часто и флюс. Слой флюса наносят на предварительно обработанные жидким стеклом свариваемые кромки и хорошо просушивают.

Детали из совсем тонкой меди приваривают угольной дугой. При необходимости сварить более объёмные детали также допустимо использовать угольный электрод, но обязательно использование присадочного материала, в состав которого входят борный ангидрид, борная кислота, бура. Этим же составом можно обмазывать электроды.

Кто не работает, тот не ошибается

Для пайки олово должно достичь нужной консистенции — быть похоже на воду. Тогда шов получается качественным, ровным и «долгоиграющим».

Ошибками в достижении хорошего результата являются:

• паяльник не достиг нужной температуры;
• плохой прогрев спаиваемых деталей. Если они большие, то это можно сделать с помощью газовой горелки или на электроплите;
• неправильный выбор флюса, который не может растворить оксидную или жировую пленку на металле.

Все вышеописанные особенности нужно соблюдать при пайке нержавеющей стали оловом. После окончания работы соединенные поверхности нужно промыть водой с мылом. Дело в том, что используемые в процессе кислоты достаточно агрессивны, они ускоряют разрушение и коррозию металла, а мыло их нейтрализует.

Советы в статье «Как работает электронный динамометр » здесь.

Пайка нержавейки в видео:

Любое соединение двух металлических деталей априори не простая процедура. Пайка нержавеющей стали с помощью меди относится к данному виду процедур. Работать с нержавейкой даже сложнее чем с другими типами материалов, так как она довольно сложно поддается плавлению и очень плохо соединяется с другими материалами. Поэтому для спаивания деталей из нержавеющей стали нужно использовать годами проверенные методы. При пайке любого другого материала, как правило, не возникает никаких проблем, но только не с нержавеющей сталью.

Весь процесс спаивания четко регулируется государственным стандартом, однако, здесь есть одна необычная особенность. Каждый вид металла по-разному соединяется с тем или иным материалом, соответственно, для каждого вида нужно применять разный припой и флюс, который будет подобран исключительно под данный материал. Но если вам нудно соединить не однородные (разные) металла требуется использовать достаточно редкие расходные материалы узкой специализации.

Данный вид пайки нержавеющей стали широко применяется как на больших производствах, так и в бытовых условиях. С его помощью можно создать герметичные емкости, припаять медные детали и т.д. Этот метод пайки встречается не так часто, как другие, но все равно нужно знать, как его выполнять и все его особенности.

Газовая сварка

При ремонтных работах и при изготовлении тонкостенных изделий из стали и цветных сплавов широко используется газовая сварка. Газовой сваркой выполняются такие же виды сварных соединений, как и электродуговой сваркой. Особенностью процесса является то, что под воздействием струи кислорода газ нагревается до температуры, достаточной для плавки.

Этапы газовой сварки меди:

1. Подготовительный этап. Зачистка кромок свариваемых деталей, совмещение компонентов изделия и фиксация деталей прихватками. Длина прихваток и их расположение определяется толщиной меди – от 4-6 мм прихватки располагаются на расстоянии 70–110 мм друг от друга, а при толщине меди до 15-25 мм с расстоянием между ними – до 450–550 мм.
2. Правильная установка компонентов изготавливаемой конструкции. Для качественной сварки установка происходит с небольшим наклоном к горизонтали (порядка 15 градусов).
3. Выбор режима сварки. Режим определяется толщиной свариваемых деталей. При толщине 3–4 мм выбирается мощность 150–175 л/ч на 1 мм толщины, а при толщине от 8 до 10 мм мощность горелки выбирается из расчета 175–230 л/ч на 1 мм.
4. Процесс сваривания.
5. Заключительный этап. Состоит из проковки шва и очистки его от остатков флюса. Делается это азотной или серной кислотой с последующим удалением остатков кислоты водой.

Как выполняется соединение медных труб с пайкой и без неё

Даже с учетом того, что полимерные трубы применяются все чаще, металлические изделия все еще пользуются немалым успехом. Как правило, в качестве металла используется медь, латунь и сталь. В лучшую сторону по показателям устойчивости к коррозии и высоким температурам отличается медь. Собственно, о соединении медных труб, и пойдет речь в этой статье.

Даже несмотря на то, что медные трубы отличаются своей дороговизной, учитывая все характеристики материала, их применение является довольно-таки оправданным.

В первую очередь, перед соединением медных труб, стоит определиться с тем, как их соединять, методом пайки или иным способом.

Соединение труб при помощи пайки

Рассмотрим соединение медных трубок фитингами с последующей пайкой, которая бывает низко- и высокотемпературной. При первом методе пайка осуществляется при температуре 300 ºC. Второй метод используется при обустройстве систем с высокими нагрузками в промышленных целях.

В качестве соединителей для медных труб выступают муфты, дополнительно нужен оловянно-свинцовый припой и флюс.

Технология пайки труб будет следующей:

• В первую очередь отрезают трубу определенных размеров. Процесс этот должен производиться аккуратно, с учетом размеров имеющихся фитингов.
• Концы труб должны быть осмотрены – не должно быть каких-либо дефектов, таких как сколы, трещины или заусенцы. Если их не устранить, то будут проблемы с герметичностью соединения после выполнения всех работ.
• После того, как убедились, что торцы очищены, можно начинать соединение. В связи с тем, что соединяться будет несколько труб, и они могут быть с различными сечениями, то и фитинги должны быть подобраны соответствующим образом.
• Далее окончание трубы и внутренние стенки муфт следует обработать флюсом, который обезжирит поверхности для получения максимально качественного соединения.
• Теперь конец трубы продевают в соединитель медных трубок и нагревают. Его нужно подобрать так, чтобы сечение было больше сечения трубы на 1-1,5 см. Прогревают трубы газовой горелкой. Зазор между трубой и соединительной муфтой заполняют расплавленным припоем. В настоящее время на рынке можно найти любой тип припоя под свои нужды, так что с выбором не должно возникнуть каких-либо проблем.
• После равномерного распределения припоя по окружности, стыкуемые детали нужно оставить, пока он полностью не затвердеет.

• На финишном этапе нужно проверить соединители для медных труб и всю систему, запустив в нее воду. В этот момент проверится не только система, но и выполнится очистка ее от остатков флюса, который со временем может становиться причиной коррозии металла.

Герметичная стыковка медных труб без пайки

Дополнительно стоит отметить, что, невзирая на то, что соединение труб пайкой считается наиболее надежным методом в большинстве случаев, все же встречаются ситуации, когда таким способом воспользоваться не представляется возможным. В таких случаях можно прибегнуть к соединению медных трубок без пайки. Потребуются специальные фитинги, которые обеспечат надежное соединение благодаря зажимному эффекту, который образуется при резьбовом соединении.

В данном случае соединение производят в такой последовательности:

• Сначала рассоединяют фитинги, которые, зачастую, имеют две составные части.
• Один из элементов надевают на трубу. Как правило, это гайка и зажимное кольцо.
• Далее в фитинг продевают трубу и затягивают гайку.

Обычно такие фитинги комплектуются развернутой инструкцией, которой в обязательном порядке нужно придерживаться, иначе выполненные работы будут некачественными.

Стоит отметить, что перед тем как соединить медные трубки без пайки, стоит осознать все риски, так как качественное соединение получить довольно сложно. Минимальные перекосы соединяемых деталей не допускаются вообще, в противном случае технология грубо нарушается. Чтобы резьбовое соединение получилось предельно герметичным, его желательно дополнительно уплотнить специальными нитями. При этом стоит следить, чтобы они не оказались с внутренней стороны трубы, так как впоследствии вода может не проходить по системе должным образом.

Обязательные правила соединения

При любом типе соединения перечень проводимых работ будет выглядеть таким образом:

• Соединяемые труб должны быть выполнены из одного и того же металла. В случае, если вы собрались соединять медную трубу с трубой из любого другого материала, вы должны определиться с нужным методом соединения. К примеру, для стыковки труб из меди и поливинилхлорида способ пайки использовать нельзя.
• При соединении медной трубы со стальной, медную трубу следует располагать после стальной.
• Во время затягивания резьбового соединения нужно быть крайне осторожным, особенно, если в вашем распоряжении трубы с тонкими стенками.
• Чтобы правильно определиться с количеством необходимого припоя, кусок проволоки должен иметь длину окружности спаиваемой трубы.
• Для прогрева труб лучше всего подойдет специальная горелка. Можно, конечно, использовать и простую паяльную лампу, но в данном случае нужно быть готовым, что место стыка перегреется, а весь рабочий процесс несколько усложнится.
• Не секрет, что медные трубы являются довольно затратным материалом. В этой связи еще до проведения работ не будет лишним осуществить предварительные просчеты объема необходимого материала. Вместе с тем, помните, что все соединительные детали также обладают своими размерами, так что и их нужно учитывать.

В завершение не лишним будет отметить, что соединение труб из меди технологически является процессом средней сложности. Если вы занялись такими работами впервые, то нужно быть готовым к тому, что могут возникнуть некоторые нюансы. Чтобы разобраться в процессе, и получить о нем как можно большее представление, не лишним будет получить консультацию у профессиональных рабочих, или, как минимум, ознакомиться с имеющимися видеоматериалами.

Источник: https://trubaspec.com/soedinenie-trub/kak-vypolnyaetsya-soedinenie-mednykh-trub-s-paykoy-i-bez-neye.html

Другие виды сварки

Рассмотрим менее распространённые виды сварки:

1. Сварка трением позволяет получить сварные соединения с прочностью на уровне основного материала.
2. Сварка взрывом дает соединение высокой прочности. Метод применяется для получения слоистых листов и лент.
3. Сварка прокаткой применяется для получения биметаллических листов и лент сталь + медь. Обычно соединение не уступает по прочности основному металлу.
4. Контактная сварка обеспечивает интенсивность тепловыделения в зоне сварки и высокие градиенты температур.
5. Ультразвуковая сварка деталей малых толщин. Колебания подводятся со стороны меди.
6. Диффузионная сварка. Обеспечивает получение термостойких, вибропрочных сварных соединений при сохранении высокой точности геометрических размеров и форм изделий.
7. Сварка плавлением. На сталь предварительно наплавляется слой другого металла или применяется промежуточная вставка.
8. Электронно-лучевая сварка. Очень перспективная, но пока малораспространённая методика. Это относительно безопасный и экологически чистый метод, почти не подвергающий опасности здоровье сварщика.