Сварка стали с медью и ее сплавами

В равновесном состоянии при комнатной температуре медь растворяет-ся в α-Fe в количестве до 0,3 %, а железо в меди в количестве до 0,2 %. Хруп-ких интерметаллидов не образуется. В связи с большими скоростями охлаж-дения при сварке в пере­ходном слое образуется пересыщенный твердый рас-твор меди с железом, но при содержании до 2 ... 2,5 % Fe структурно-свобод-ное 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 5800 ... 6200 HV.

Ухудшает взаимную растворимость железа и меди наличие в стали уг-лерода, а улучшает марганец и кремний. Марганец снижает критиче­скую точку Ас₃ и расширяет область а-твердого раствора, в котором медь раство-ряется 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 тем-пературой плавления меди, значительным поглощением жид­кой медью газов, различными величинами коэффициентов теплопровод­ности, линейного рас-ширения и т.д. Одним из основных возможных де­фектов при сварке следует считать образование в стали под слоем меди трещин, заполненных медью или ее сплавами (рис. 13.11, а). Указанное явление объясняют расклиниваю-щим действием жидкой меди, прони­кающей в микронадрывы в стали по границам зерен при одновременном действии термических напряжений рас-тяжения.

В углеродистых и низколегированных сталях (СтЗ, 10ХСНД и т.п.) тре-щин мало и размеры их невелики, а в сталях, имеющих аустенитную структу-ру, в частности типа 18-8, количество и размеры трещин резко возрастают. Для сталей типа 18-8 эффективным барьером для упомя­нутых трещин явля-ется 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 реко­менду-ется вести сварку на минимальной погонной энергии, в качестве присадоч-ного 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.

Рис. 13.11. Наплавка меди на сталь:

/ - наплавка плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой

и двойной независимой дугой;

// - наплавка расплавлением облицовки (вольфрамовым электродом); ///- автоматическая наплавка ленточным электродом под флюсом;

IV - наплавка лежачим электродом под слоем флюса;

V- наплавка покрытым электродом типа "Комсомолец";

VI - автоматическая наплавка электродной проволокой под флюсом

Медь, латунь и бронза успешно свариваются со сталью всеми спо­соба-ми сварки плавлением на тех же режимах, что и стальные детали соответст-вующих 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, M2 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 сое-динения (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°, а при аргонодуговой 110 ... 180°. 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 %.

На рис. 13.11, б показано содержание железа в наплавленном метал­ле при различных способах наплавки. Оптимальные условия наплавки меди на сталь требуют, чтобы не было расплавления стали, чтобы она хорошо смачи-валась (для этого ее температура превышала 1100 °С) и длительность контак-тирования 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 высо­кий предел вынос-ливости.