Зварювання міді

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Склад, структура, властивості

Матеріал завдання - М1, кольоровий метал, а саме - мідь. Мідь широко застосовується в промисловості завдяки своїй корозійній стійкості в різноманітних галузях, зокрема в морській воді, достатній високий рівень пластичності та міцності при високому холоді, поруч з малим окисленням, високоютеплою та електропровідністю, діамагнітними та гарними технологічними властивостями.[1] Завдяки названим властивостям основними галузями міді та її сплавів є : теплообмінні апарати, спецелектрометалургіїї для виготовлення водоохолоджувальних кристалізаторів печей вакуумно-дугової, електрошлакової, електропроменевої і плазмового наплавлення металів та сплавів.[2]

Наведемо хімічний склад М1 у таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 Хімічний склад М1 [3]

Мідь + срібло, ?	Домішки, ?
	Bi	Fe	Ni	Zn	Sn	Sb	As	Pb	S	O2	Спосіб отримання
99,90	0,001	0,005	0,002	0,004	0,002	0,002	0,002	0,005	0,004	0,05	Переплавлення катоду

Пояснимо вплив домішок на властивості міді:

Вісмут- практично не розчинний у міді. При підвищеному вмісті вісмуту мідь робиться крихкою; на електропровідність міді вісмут помітного впливу не робить.

Залізо - незначно розчинна у міді в твердому стані. При 1050^оС до 3,50% заліза входить в твердий розчин, а при 635^оС розчинність його падає до 0,15%. Під впливом заліза підвищуються механічні властивості міді, різко знижуються її електропровідність, теплопровідність і корозійна стійкість.

Кисень - дуже мало розчинний в міді в твердому стані. Він є шкідливою домішкою, так як при підвищеному його вмісті помітно знижуються механічні, технологічні та корозійні властивості міді.

Миш'як - розчинний у міді в твердому стані до 7,5%. Він значно знижує електропровідність і теплопровідність, але значно підвищує жаростійкість міді.

Свинець - практично не розчиняється в міді в твердому стані. Помітного впливу на електропровідність і теплопровідність міді він не робить, але значно покращує її оброблюваність різанням.

Срібло - не робить впливу на технічні властивості міді, мало впливає на її електропровідність і теплопровідність.

Сурма - розчинна у міді в твердому стані при температурі евтектики 6450С до 9,5%. Розчинність її різко зменшується при зниженні температури. Сурма значно знижує електропровідність і теплопровідність міді.

Сірка - розчиняється в розплавленій міді, а при затвердінні її розчинність знижується до нуля. Сірка незначно впливає на електропровідність і теплопровідність міді, помітно знижує пластичність. Під впливом сірки значно поліпшується оброблюваність міді різанням.

Однією з проблем при зварюванні М1 є те, що мідь є хімічно активним металом. Хімічна активність міді невелика, при температурах нижче 185°С з сухим повітрям і киснем не реагує. У присутності вологи і СО₂ на поверхні міді утворюється зелена плівка основного карбонату. При нагріванні міді на повітрі йде поверхневе окислення; нижче 375°С утворюється СuО, а в інтервалі 375-1100°С при неповному окисненні міді - двошарова окалина (СuО + Сu₂О). Вологий хлор взаємодіє з міддю вже при кімнатній температурі, утворюючи хлорид міді (II), добре розчинний у воді. Мідь реагує і з іншими галогенами. Слід зазначити, що мідь не реагує з N₂.[7]

Серед фізичних властивостей міді, важливих для вибору технології зварювання, необхідно відзначити високу теплопровідність та теплоємність, значний коефіцієнт лінійного розширення, легке окислення і здатність до розчинення водню, знаходячись в розплавленому стані, високу рідко текучість (в 2-2,5 рази більша ніж в сталі). Температура кристалізації (1356 К), а також для деяких видів зварювання важливим являється малий питомий електроопір.

Механічні властивості міді, міцність в 4-5, а пластичність в 2-3,5 рази нижче, чим при кімнатній температурі. Так як при зварюванні завжди є ділянки основного металу і метала шва, що мають таку температуру, то для уникнення утворення тріщин слідує намагатися не створювати жорстких закріплень зварюваного металу. Важливо відмітити, що при низьких температурах міцність та пластичність міді зростають.

Зобразимо фізичні та механічні властивості у таблицях 1.2 та 1.3 відповідно.

Таблиця 1.2 Фізичні властивостіМ1 [5]

T, ?C	E 105, МПа	б 106, 1/?C	л, Вт/(м??C)	с, кг/м3	C, Дж/(кг ?C)	R 109 Ом м
20	1,28		387	8940	390	17,8
100	1,32	16,7

Таблиця 1.3 Механічні властивості М1 [5,6]

Прокат	д, %	уT, МПа	уВ, МПа	НВ 10-1
Твердий сплав	6	300-450	400-490	95
М'який сплав	60	90-150	200-250	55

Слід зазначити, що мідь та її сплави не зазнають структурних перетворень, а отже вона постійно має гранецентровану кубічну решітку. [2]

2. Здатність до зварювання

При зварюванні міді зустрічаються такі труднощі, викликані наступними особливостями метала:

1. Легке окислення міді в розплавленому стані. Утворююча в результаті цього закис міді розчиненого в рідкому і зовсім обмежено в твердому металі. Вона дає з міддю легкоплавку евтектику , яка зосереджена по границям кристалів, знижує стійкість метала шва проти утворення кристалізаційних тріщин. В міді, яка призначена для виготовлення зварювальних конструкцій, вміст кисню не повинен перевищувати 0,03 %, а для відповідальних конструкцій - 0,01%.

Боротьба: для подовження буття міді в розплавленому стані використовують супутній та попередній підігрів, що дозволяє більшій кількості кисню розчинитися. Також необхідно застосовувати надійний захист від навколишнього середовища, використовувати зварювальні матеріали високої чистоти та ретельно їх підготовляти.

2. Зниження стійкості метала шва проти утворення пор, обумовлено спільної дії кисню з воднем.Крім того, якщо в міді був розчинений водень, то в результаті його реакції з закисом міді (Сu₂О) утворюється водяна пара, яка не здатна до дифузії і невстигає виділитися з рідкого металу, накопичується в ґратці металу, здійснюючи великий тиск, внаслідок чого в зоні термічного впливу виникають холодні щілини - це явище ще носить назву «водневої хвороби». Слід зауважити, що мідь не реагує з азотом, тому він не є збудником утворення пор, а отже його використовують як захисний газ, але важливо відмітити, що наявність пор від азоту пов'язана з величиною струму, якщо І_зв?220 А, пори відсутні, якщо відповідно більше, то пори з'являються.[2], [8]

Боротьба: надійний захист зварювальної ванни, ретельна підготовка зварювальних матеріалів. Стійкість до утворення пор менш чутливі односторонні стикові шви з наскрізним проплавленням кромок. Зварювання кутових швів таврового та напусткового з'єднання викликає значні труднощі через пористість металу шва. [2]

3. Мідь схильна до утворення гарячих тріщин. Як було зазначено в розділі

1, що за наявності шкідливих домішок утворюються легкоплавкі або тугоплавкі евтектики. Наприклад, СuО нерозчинний в міді, він засмічує зварювальну ванну і внаслідок призводить до утворення залишковихнапружень. Небезпечними домішками міді пов'язані зі зниженням стійкості проти утворення кристалізаційних тріщин в зварювальних швах є також вісмут та свинець. Вісмут та свинець потрапляють в зварювальну ванну з рудою або при її металургійних перерозподілах і утворюють легкоплавкі евтектики температура плавлення яких: з вісмутом - 543 К, з свинцем - 599 К, які збираються по границях кристалів міді, що робить її червоноламкою, що при зварюванні може призвести до утворення тріщин. Тому вміст вісмута допускається не більше 0,003%, а свинця - не більше 0,03%. [1], [2]

Боротьба: нейтралізувати дію Ві та Рb в злитку міді легуючи її цирконієм та цезієм, але по даним роботи « Стойкость против образования трещин в швах, содержащих примеси Віи Рb при сварке меди» - Коренюка Ю.М., додаткове легування метала шва 0,032% Zr(по масі) та 0,015% Cs (по масі) не являється перешкодою для утворення тріщин в швах, якщо в них було 0,005% Ві або 0,05%Рb. Також можна легувати шов миш'яком (As), вплив якого на червоноламкість міді пояснюється тим, що цей легуючий елемент перешкоджає збиранню Ві та Рb по границям кристалів і зв'язує їх в розчиненні в міді з'єднання. Таким чином інколи вдається подолати шкідливий вплив домішок міді. [1]

4. М1 не схильна до утворення холодних тріщин, оскільки не зазнає

структурних перетворень. [2]

5. Окрихчення також не відбувається в міді та мідних сплавах, тому що вона зберігає гарну пластичність при низьких температурах.[2]

Слід звернути увагу також на додаткові труднощі при зварюванні, які пов'язані з фізичними властивостями це:

- Висока теплопровідність міді (в 6 разів більша від заліза), що

потребує застосування концентрованих джерел нагріву і в багатьох випадках попереднього та супутнього підігріву основного металу при зварюванні. [2]

- Високий коефіцієнт лінійного розширення міді і її сплавів(в 1,5 раза більший ніж в сталі), що потребує необхідності застосування додаткових мір проти деформації конструкції. Також коефіцієнт лінійного розширення може призвести до щілиноутворення внаслідок пропорціональній дії залишкових напружень розтягання при охолодженні ікоефіцієнта лінійного розширення. Це пов'язується з провалом міцності в інтервалі температур 250-550?C, тому насамперед треба уникати жорстких закріплень конструкції при зварюванні. З врахуванням високої пластичності міді її можна легко відрихтувати після зварювання.[1],[8]

- Підвищена рідкотекучість метала затрудняє зварювання у

вертикальному та стельовому положенні. Зустрічаються труднощі також при зварюванні кільцевих швів. Тому треба обмежувати розмір зварювальної ванни і застосовувати формуючі пристрої, найчастіше з графіту.[1], [8]

3. Вибір способу зварювання

Не зважаючи на всі труднощі при зварюванні міді, М1 можна заварити будь-яким із способів зварювання плавленням, а також і термомеханічними, і механічними способами. Проаналізуємо всі можливі способи які задовільняють вимогам завдання, а саме стикове з'єднання, в нижньому положенні товщиною 12 мм та довжиною 3200 мм, виробництво - серійне.

Газове зварювання (Г)- не задовольняє вимоги завдання, оскільки газове зварювання головним чином використовується при ремонтних роботах. Газове зварювання міді товщиною більше 12-15 мм здійснюється у вертикальному положенні одночасно з обох боків двома зварниками. Даний варіант незадовільний, бо спосіб є малопродуктивним, а також однією з умов завдання - нижнє положення зварювання. [8]

Ручне дугове зварювання графітовим електродом (АН) - при відповідному виборі присадного металу і флюсу можна отримати задовільну якість зварного з'єднання. М1 товщиною 12 мм зварюють з V подібним розчищенням кромок з кутом розкриття 70-90? і притупленням 2-3 мм і попереднім підігріванням Т=400-600?С. Виконуючи зварювання даним способом механічні властивості - щільність суцільність, а також корозійна стійкість таких зварних швів є достатньо високими. Даний спосіб задовольняє вимоги завдання, але даний спосіб застосовують обмежено, переважно для виробів, що не потребують витривалість на значні навантаження. Тому даний спосіб не рекомендуємо для серійного виробництва. [8]

Ручне дугове зварювання покритим електродом (Е) - зварюють будь-які товщини. Але для зварювання товщини більше 10 мм необхідне виконання двобічного Х-подібного розроблення кромок. При зварюванні 12 мм необхідно виконувати 6 проходів [9], якщо взяти до уваги протяжність шва в 3200 мм, необхідно виконувати різні технологічні способи для зменшення усадкових напружень, а тобто зварювання каскадами або зварювання гіркою, що призводить до збільшення обсягів роботи зварювальника, а значить до збільшенні вартості робітника. При зварюванні покритим електродом, якщо забезпечуються рівноміцність, то не відбувається 100% забезпечення електропровідності.[8] Проте при за технологією зварювання даний спосіб є достатньо простим і потребує не високу кваліфікацію зварника. Отже даний спосіб є рекомендований для зварювання М1, але має певні недоліки : кількості проходів та необхідності розробки кромок, через що виконання з'єднання займатиме значний час, що при серійному виробництві є важливим.[8]

Неплавким електродом в інертних газах (ІН)-використовують для стикових з'єднань міді товщиною 1-20 мм. Даний спосіб забезпечує найкращу якість зварювального шва. Відповідний інертний газ забезпечує гарний захист зони зварювання, а також більш сконцентровану дугу. Отже ІН є найбільш поширеним способом зварювання для зварювання через високу якість зварювального з'єднання.Цей спосіб найбільш рекомендований.[8]

Плавким електродом в інертних газах (ІП) - зварювання міді плавким електродом в захисних газах характеризується більшою продуктивність у 2-3 рази, порівняно з використанням неплавкого електрода, однак при цьому ускладнено забезпечення стабільного горіння дуги і отримання без пористих зварних швів особливо при щільності струму більше 300 А/мм². При зварюванні в суміші аргону з азотом (вміст за масою останнього від 8 до 30%) процес іде досить стабільно, однак є значне розбризкування, яке зменшується при щільності струму 230-240 А/мм². При збільшені цього показника до 300 А/мм² розбризкування ще більше зменшується, але в кратерах шва утворюються щілини, особливо у швах з жорсткими вузлами. Найкраще формування досягається при зварюванні в чистому аргоні та гелію. Даний спосіб є рекомендований для даного способу зварювання, через високий захист, але потрібно використовувати оптимальні режими для якісного шва. [8]

Плавким електродом в активних газах (АП) - процес зварювання в чистому азоті досить стабільний, ніж у зварювання в інертних газах, але розбризкування значно більше, більша глибина проплавлення. Але слід пам'ятати, при струмах більших І_зв=220 А пори будуть утворюватися. Тому даний спосіб рекомендують обмежено.[8]

Зварювання під флюсом (Ф) - однією з переваг даного способу - це зварювання без розробки кромок основного металу товщиною 12 мм, а також технологічний процес, як правило, не передбачає застосування попереднього підігріву, висока продуктивність. Недоліками способу є крупне зерно та гірші механічні властивості. Проте даний спосіб широко застосовується. В умові завдання положення зварювання - нижнє, що задовольняє умовам зварювання під флюсом. Також зварюванням під флюсом легко виконати зварювання довжиною 3200 мм, що для серійного виробництва є важливим.[1], [8]

Електрошлакове зварювання (Ш)- не задовільняєумовіположеннязварювання, а саме нижнє положення.

Електронно-променеве зварювання (ЕП) - пов'язане з труднощами, обумовленими інтенсивним випаровуванням металу у вакуумі при перегріванні вище температури плавлення і його високій теплопровідності. Завдяки висококонцентрованій потужності променя внаслідок втрат на випаровування послаблюється переріз шва тонколистового металу, а при зварюванні металу великих товщин - є розбризкування металу і незадовільне формування зварного шва, тому рекомендують обмежено.[8]

Плазмове зварювання - забезпечує гарну якість зварного з'єднання за рахунок сконцентрованого потужного струменя, що дає змогу внести значний питомий тепловклад в зварювальні кромки. Перевагою такого способу є те, що він потребує мінімум присадкового металу, розроблення кромок і зняття механічним шляхом підсилення не потрібно, плавно регулюються режими зварювання. Але даний спосіб раціональний у використанні зварюванні міді при товщина більше 30 мм. Тому даний спосіб не рекомендуємо.[8]

Електричнеконтактне зварювання - зварювання даним способом затруднено внаслідок великої електро- і теплопровідності М1, а також вузького діапазону температур, в якому метал може зварюватися тиском. Точкове та шовне зварюваннямідіпотребує особливо жорстких режимів, використання теплових екранів із нержавіючої сталі (завтовшки 0,25 - 0,35 мм) між електродами та деталями або використання металокерамічних електродів (вставок) із молібдену чи вольфраму для зменшення стікання тепла в самі електроди. Даний спосіб не рекомендується для використання через складність технології та через велику товщину місця зварювання.[8]

Стикове зварювання опором - концентрований нагрів контактної зони і великі швидкості осадження виключають можливість знеміцнення металу і забезпечують високі пластичні і електричні властивості з'єднань при зварюванні. Проте даним способом складно забезпечити зварюванні товщиною 12 мм через, що даний спосіб не рекомендуємо.[8]

Стикове зварювання міді оплавленням - не рекомендується через складністьпідтримання на торцях зварюваних деталей шар рідкого металу.[8]

Ультразвукове зварювання - дозволяє отримати з'єднання з високю статичною міцністю на зрізання та відрив на рівні цих показників для основного металу, але при зменшенні кроку між точками міцність зменшується внаслідок перешкодженя взаємному переміщенню зварюваних деталей. Даний спосіб рекомендований для зварювання тонкостінних деталей, тому для виконання умови завдання не рекомндуємо.[8]

Проаналізувавши найбільш поширені способи зварювання можна сказати, що для виконання умови завдання задовільняють такі способи зварювання : в інертних газах плавким та неплавким електродом, а також як зварювання виконується в нижньому положенні можна застосувати зварювання під флюсом.

4. Зварювальні матеріали та їх підготовка

Для зварювання в інертних газах плавким електродом необхідно обрати газ, дріт. Найкраще формування зварювального шва відбувається в середовищі аргону та гелію. Гелій в порівняні з аргоном має більшу продуктивність. Тому вибираємо гелій, для зварювання застосовують гелій високої чистоти (99,80% за об'ємом). Підготовка газу до зварювання полягає у перевірці, щоб на шляху не зустрічалися мастильні ділянки. Зварювальний дріт має бути близьким до складу основного металу. Згідно ГОСТ 16130-90 «Проволка и прутки из меди и сплавов на медной основе» обираємо дріт марки МНЖКТ 5-1-0.2-0.2, який близький за складом і має покращенні механічні властивості та рекомендується в літературі [8]. Зобразимо хімічний склад дроту та механічні властивості у таблицях.

Таблиця 4.1 Хімічний склад дроту МНЖКТ 5-1-0.2-0.2 [9]

Ni	Mn	Fe	Si	Ti	Pb	Zn	C	Домішок
5.0-6.5	0.3-0.8	1.0-1.4	0.15-0.3	0.1-0.3	0.005	0.5	0.03	0.7

Таблиця 4.2 Механічні властивості дроту МНЖКТ 5-1-0.2-0.2 [10]

Марка	уВ, МПа
МНЖКТ 5-1-0.2-0.2	440

Підвищений вміст нікелю надасть конструкції більшої пластичності у місці зварного з'єднання, та саме цей дріт забезпечує рівноміцність зі мідним сплавом М1.

Для зварювання в інертних газах неплавким електродом присадковий дріт обираємо той, що і для ІП. Неплавкий вольфрамовий електрод обираємо класу ЭВЛ. Легування вольфрамового дроту сприяє збільшенню несучої спроможності максимального струму, підвищують зносостійкість, знижують забруднення вольфрамом зварного шва, покращують запалювання дуги. Лантан надає найбільш тривалу збереженість першочергової заточки, що надає перевагу при зварюванні над іншими електродами на постійному та змінному струмі. Згідно ГОСТ 23949 «Электроды вольфрамовые сварочные неплавящиеся»масова частка оксиду лантана складає 1.1-1.4 %, домішки не більше 0,05 %. Підготовка вольфрамового електроду полягає в перевірці відсутності на поверхні раковин, розшарувань, тріщин, окислів, залишків технологічної змазки, сторонніх домішок, забруднень та заточення електроду. Зварювальний дріт необхідно прогартовувати при температурі 200?С не більше двох годин. Якщо зварювальний дріт знаходиться на повітрі більше восьми годин, то гартування необхідно повторити. [4] Дана підготовка дроту виконується як для ІП так і для ІН. Газ обираємо аргон вищого сорту (99,993 % Ar)

Для зварювання під флюсом необхідно обрати зварювальний дріт та флюс. Зварювальний дріт, той який комбінується в поєднанні з флюсом. Флюс для міді має бути з мінімальним вмістом кисню та водню, також вибір флюсу залежить від товщини зварювальних деталей. Опираючись на умови завдання, необхідно обрати флюс сухої грануляції АНМ-13. З флюсом АНМ-13 комбінується дріт М1.[8] Зобразимо хімічний склад флюсу АНМ-13 в таблиці 4.3

Таблиця 4.3 хімічний склад АНМ-13[8]

SiO2	Al2O3	MnO	Mn2O3	MgO	TiO2	CaF2	CaO	FeO	P	S
32-36	8-12	8-12	0.2-1	15-18	0.7-1.5	22-30	? 6	? 1	? 1	? 1

Підготовка флюсу до зварювання полягає в прогартовуванні флюсу для зменшення вологи, яка шкідливо впливає на зварне з'єднання міді. Гартувати флюс необхідно при температурі 300-400?С. Гартувати флюс не рекомендують в ємностях великого об'єму, через ускладнення прогріву всього об'єму флюсу, тому необхідно використовувати спеціальні печі.[4]

Хімічний склад зварювального дроту М1 становить: 99,9% Сu; 0,10% домішок. Зварювальний дріт необхідно зачистити, знежирити та прогартовувати при температурі 200?С не більше двох годин. Якщо зварювальний дріт знаходиться на повітрі більше восьми годин, то гартування необхідно повторити. [4]

5. Розроблення зварювальних кромок

Для зварювання під флюсом розроблення кромок не потрібне, оскільки максимальна глибина проплавлення стикового з'єднання становить близько 40 мм, а в умові завдання стикове зварне з'єднання товщиною 12 мм.[1]

Для зварювання в захисних газах необхідно обрати розроблення кромок з умовним позначенням С18 у ГОСТ 16038-80 «Сварка дуговая. Соединения сварные трубопроводов из меди медно-никелевых сплавов. Основные типы, конструктивные элементы и размеры». На рисунку 5.1 зобразимо підготовлення кромок зварних деталей, в таблиці 5.1 зобразимо розміри підготовлення кромок.

Рисунок 5.1 Підготовка кромок зварних деталей

Таблиця 5.1 Розміри підготовлення кромок [12]

Товщина зварних деталей	S=S1	12 мм
Зазор	b	3±1 мм

Розміри зварного з'єднання зобразимо на рисунку 5.2 та в таблиці 5.2.

Рисунок 5.2 розміри зварного з'єднання

Таблиця 5.2 Розміри зварного з'єднання [12]

Ширина лицьової сторони шва	е	17±3 мм
Опуклість лицьової сторони шва	g	3±1 мм
Ширина підварного шва	е1	? 8 мм
Опуклість підварного шва	g1	? 3 мм



6. Вибір параметрів режиму зварювання

Аналізуючи літературу [8] було встановлено, для зварювання в інертних газах плавким дротом необхідні параметри, які зобразимо у таблиці 6.1, для зварювання неплавким дротом в інертних газах зобразимо у таблиці 6.2, для зварювання під флюсом - таблиця 6.3

Таблиця 6.1 Параметри зварювання в ІП [8]

Товщина металу, мм	de, мм	Ізв, А	Uд, В	Vзв, м/год	Qг, л/хв
12-14	1,5-3	270-500	32-38	18-22	30-40

Таблиця 6.2 Параметри зварювання в ІН [8]

Товщина металу, мм	de, мм	dприс., мм	Ізв, А	Qг, л/хв	К-сть проходів
12	4,0-5,0	3,0-5,0 6,0 3,0	Перший і другий прохід 250-400 Третій і четвертий прохід 300-450 Підварювальний шов 250-300	8-10	4

Таблиця 6.3 Параметри зварювання під флюсом [8]

Товщина металу, мм	Ізв, А	Uд, В	Vзв, м/год	de, мм
10-12	700-800	40-44	15-20	5

7. Підготовка поверхні металу та техніка зварювання

При зварюванні в інертних газах плавким електродом щільність струму не має перевищувати 300 А/мм², інакше буде ускладнено забезпечення стабільного горіння дуги, а також утворення без пористого зварного з'єднання. Зварювання починається і закінчується на технологічних планках розміром 1000 х 100 мм з формою розчищення і товщиною, як у основного металу. У разі вимушених зупинок кратер раніше виконаного шва після вирубки і зачищення перекривається на 15-30 мм. Зварювання виконується пальником, нахиленим кутом вперед на 10-15° від вертикалі; відстань від сопла в межах 1-2 діаметра дроту. Щоб запобігти затіканню металу, який відрізняється великою рідкотекучістю, під основу дуги і зменшенню проплавлення, зварювання ведеться на підйом з нахилом виробу на 4-6°. Зварювання виконується зворотно-ступінчастим способом. Для товщини 12 мм необхідно застосовувати попередній підігрів 400-500°С. Перед зварюванням кромки підготовляють лише механічним способом. Зачищають поверхню від забруднень на відстань 10-15 мм від зварного з'єднання. Зварювання ведеться на постійному струмі зворотної полярності. Прихватки виконують довжиною 15-25 мм, по перерізу прихватки мають бути рівні половині перерізу стикового з'єднання. Режими виконання прихваток такі як і для кореневого або підварного шва. Видалення дефектних прихваток та їх зачищення необхідно виконувати механічним способом. Прихватку необхідно виконувати в умовах відсутності протягів, температура оточуючого повітря повинна бути позитивною, а зварна конструкція захищена від попадання на неї атмосферних опадів. Кожний валик шва повинен зачищатись і оглядатись перед накладанням наступного. [1,8]

Технологія зварювання в інертних газах неплавким електродом подібна до ІП, головною відмінністю є те, що зварювання ведеться на постійному струмі прямої полярності. Також у процесі зварювання не можна торкатися вольфрамовим електродом до зварюваного металу чи зварювальної ванни. Якщо це трапилося, треба механічним шляхом вилучити це місце. Наприкінці зварювання необхідно плавно загасити дугу, повільно переводячи пальник на раніше виконану ділянку шва і протягом 10-15 секунд захищати метал шва від окислення після чого пальник відводиться, і подача газу припиняється. Заварювання кратера виконується без присадки. Температура підігріву така ж як і для ІП. [1,8]

Технологія зварювання під флюсом не передбачає попереднього підігріву. Для прихваток необхідно застосовувати зварювальні матеріали близькі до утвореного складу зварного з'єднання. Розташування прихваток рекомендується з кроком 300-400 мм, довжина - 50-100 мм. Рекомендується зварювання для товщини 12 мм із застосуванням двохсторонньої флюсової подушки. Поверхню метала механічно зачищають до чистого металу, після чого можна знежирити уайт-спірітом. Ширина зачищеної поверхні зварюваного металу мінімум на 10-15 мм більше ширини майбутнього шва. Мідні технологічні (західні і вихідні) планки мають бути тієї ж товщини і таким же чином підготовлені, що і зварюваний метал, їх розмір - 75 мм ширини і 100 мм довжини. Зазор між ними і торцями виробу - не більше 1 мм, інакше в швах можливе утворення тріщин. Якщо конструкція виробу не дозволяє установити технологічну планку, то виріб на початку шва необхідно підігріти за допомогою стороннього джерела тепла до 473-573 К, а зварювання необхідно розпочати на відстані 20-40 мм від кромки, інакше можливе утворення поздовжніх тріщин у шві. [1,8]

8. Термічна обробка

Термічну обробку для М1 після зварювання не застосовують, оскільки мідь не зазнає поліморфних перетворень. Іноді рекомендують проковку міді для зменшення залишкових напружень, нагрів до 550-600°С і швидко охолодити у воді. Для М1 товщиною 12 мм застосовують попередній підігрів.

Для зварювання в інертних газах плавким та неплавким електродом застосовують попереднє підігрівання до температури 400-500°С. [1,8]

9. Вибір зварювального обладнання

Для зварювання неплавким електродом в захисних газах застосовують стандартні джерела живлення, як правило, постійного струму (з жорсткою зовнішною характерискою), що забезпечить задані режими зварювання, а саме 250-450 А. Дані умови задовольнить зварювальний апарат фірми Fronius модель Transtig 5000. Дане обладнання має ряд переваг: вся система повністю цифрова: джерело живлення, інтерфейс робота, інструменти роботи з персональним комп'ютером; процесор цифрового сигналу (DSP) регулює і керує процесом зварювання; функція ТАС для швидкої прихватки; особливістю цієї серії: якщо прихватка виконується двома джерелами, обидві дуги синхронізуються для забезпечення одночасного зварювання з обох сторін з'єднання. При завершенні зварювання є два основних момента: перший - це після зварювальна продувка, що забезпечує відсутність окислення електрода і зварювальної ванни; друге - це кінцевий кратер, він заповнюється на малому струмі автоматично. Запалювання дуги грає ключову роль при зварюванні TIG. На любому з джерел запалювання можливе як з дотиком, так і без нього. Зобразимо зовнішній вигляд та технічні характеристики Transtig 5000 відповідно на рисунку 9.1 та у таблиці 9.1[13] Transtig 5000 комплектується зварювальним пальником TTW 5000 A, блоком охолодження FK 4000 R характеристики яких зобразимо у таблицях 9.2 та 9.3 відповідно.

Рисунок 9.1 Зовнішний вигляд Transtig 5000[13]

Таблиця 9.1 Технічні характеристики Transtig 5000 [13]

Джерело живлення	Transtig 5000
Напруга мережі	3 х 400 В
Допустиме відхилення напруга мережі	-15 / +15%
Мереживий запобіжник	35 А
Неперервна первична потужність (100% ПВ)	17,9 кВА
cos ц	0,99
Діапазон зварювального струму	3-500 А
Зварювальний струм при : 10 хв/40°С ПВ 40% 10 хв/40°С ПВ 45% 10 хв/40°С ПВ 60% 10 хв/40°С ПВ 100%	500 А - 440 А 350 А
Напруга холостого ходу	86 В
Робоча напруга	10,1-30,0 В
Напруга запалювання дуги	9,5 кВ
Клас захисту	ІР 23
Тип охолодження	AF
Клас ізоляції	F
Розміри, Д х Ш х В, мм (з рукояткой)	625 х 290 х 705
Маса	58,2 кг

Таблиця 9.2 Характеристики TTW 5000 A [13]

Зварювальний струм : змінний постійний	400 А 500А
ПВ	60 %
Діаметр електрода	1,6 - 6,4 мм
Маса	0,985 кг

Таблиця 9.3 Характеристика FK 4000 R [13]

Потужність охолодження, при Q = 1 л/хв	+40 °С / 1000 Вт
Витрати	3,5 л/хв.
Об'єм охолоджувальної рідини	5,5 л
Клас захисту	ІР 23
Розміри, Д х Ш х В	700 х 280 х 250 мм
Маса (без рідини)	16,3 кг

Для зварювання в інертних газах плавким електродом застосовують джерела постійного струму з жорсткою вольтамперною характеристикою, що володіють високими динамічними властивостями та забезпечують необхідні зварювальні режими. Для зварювання в MIG обираємо джерело зварювального струму, установку охолодження, а також систему подачі зварювального дроту. Все обладнання обираємо фірми Fronius, що забезпечить надійне зварювання та буде відповідати всім умовам параметрів. Джерело зварювального струму обираємо TРS 500 (таблиця 9.4 технічні характеристики), установка охолодження - FK 4000 R (таблиця 9.5 технічні характеристики), систему подачі дроту - VR 4000 (таблиця 9.6 технічні характеристики).

Таблиця 9.4 Технічні характеристики TРS 500 [13]

Напруга мережі	3 х 400 В
Допуски напруги мережі	+/- 15%
Запобіжник мережі інерційний	35 А
Первинна потужність тривалої загрузки	15,1 кВА
cos ц	0,99
ККД	89 %
Діапазон зварювального струму	3-500 а
Зварювальний струм 10 хв / 25 °С 10 хв / 40 °С	прод влюч 75 % 500А прод влюч 100 % 450А прод влюч 40 % 500А прод влюч 60 % 450А прод влюч 100 % 360А
Напруга холостого ходу	70 В
Робоча напруга	14,2-39,0 В
Рід захисту	ІР 23
Розміри Д х Ш х В, мм	625 х 290 х 475
Маса	35,6 кг

Таблиця 9.5 Технічні характеристики FK 4000 R [13]

Напруга мережі	400 В
Частота в мережі	50/60 Гц
Споживний струм	0,5 А / 0,6 А
Потужність охолодження при: Q=1 л/хв., +20°С Q=1 л/хв., +40°С Q=макс., +20°С	2000 Вт 1200 Вт 2300 Вт
Кількість подачі, макс.	3,5 л/хв.
Напор насоса	4,2 бар
Насос	центробіговий
Вміст охолоджувальної речовини	5,5 л
Рід захисту	ІР 23
Розміри Д х Ш х В	725 х 290 х 230, мм
Маса (без охолоджувальної речовини)	13,3 кг

Таблиця 9.6 Технічні характеристики VR 4000 [13]

Напруга живлення	55 В пост струму
Номінальний струм	4 А
Діаметр дроту	0,8-1,6 мм
Швидкість подачі дроту	0,5-22 м/хв
Рід захисту	ІР 23
Розміри Д х Ш х В	640 х 260 х 430, мм
Маса	18 кг

На рисунку 9.2 зобразимо зовнішній вигляд всього обладнання.

Рисунок 9.2 Зовнішний вигляд обладнання для зварювання в ІП [13]

Для зварювання під флюсом обираємо зварювальний трактор з інверторним джерелом живлення, а саме INTEGRAL INASAW 1000. Особливості даної установки : цифровий амперметр/вольтметр, 10 зварювальних програм, 4-х роликовий механізм подачі дроту, плавне регулювання струму зварювання, спадна і жорстка характеристика, цифрове управління між джерелом і трактором, самодіагностика с індикацією коду помилки. Наведемо технічні характеристики та зовнішній вигляд INTEGRAL INASAW 1000 в таблиці 9.7 та на рисунку 9.3 відповідно.

Таблиця 9.7 Технічні характеристики INTEGRAL INASAW 1000[14]

Напруга живлення	380 В
Споживна потужність	44 кВ-А
Споживний струм	83 А
Напруга холостого ходу	90 ± 10 В
Напруга дуги	20-50 В
Діапазон зварювального струму	60-1000 А
Струм зварювання ПВ 100%	1000 А
Діаметр дроту	1,6 - 5,0 мм
Клас захисту	ІР 23
Клас ізоляції	Н/В
ККД	92 %
cos ц	0,87
Розміри Д х Ш х В	767 х 352 х 757
Маса	95 кг

Рисунок 9.3 Зовнішний вигляд INTEGRAL INASAW 1000[14]

мідь зварювання флюс

Висновок: виконавши дану роботу я розробив основу технологію зварювання М1. Ознайомився з особливостями міді - це її фізичні, хімічні та механічні властивостями. Але найважливішим було те, що я ознайомився зі складнощами, які виникають при зварюванні міді та її сплавів, з методами боротьби, а також з різними методами та технологіями зварювання міді та її сплавів. У своїй роботі я обрав декілька способів зварювання плавленням, які задовольняли умовам завдання, а саме : ІП, ІН та Ф. Виконуючи дану роботу я засвоїв навики розроблення технології та використання нормативної документації.

Размещено на Allbest.ru