Анализ свариваемости сплавов на основе меди (М1) (стр. 1 из 5)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МАТИ» – Российский государственный технологический университет

им. К.Э. Циолковского

Кафедра «Технология сварочного производства»

Курсовая работа

по дисциплине «Теория сварочных процессов»

на тему:

Анализ свариваемости сплавов на основе меди (М1)

Студент группы
1СВ-4-41	/Бондарец Д.С./
Руководитель
/Резниченко Б.М./

Москва 2007 г.

Содержание

1. Введение ………………………………………………………………………………… 3

2. Структура и свойства меди …………………………………………………………….. 6

3. Характеристика меди и ее сплавов …………………………………………………….17

4. Пористость ……………………………………………………………………………… 17

5. Особенности технологии сварки………………………………………………………. 19

5.1. Подготовка под сварку…………………………………………………………….. 20

5.2. Газовая сварка………………………………………………………………………. 21

5.3. Ручная сварка……………………………………………………………………….. 22

5.4. Автоматическая сварка под флюсом……………………………………………… 23

5.5. Электрошлаковая сварка меди и ее сплавов……………………………………… 25

5.6. Дуговая сварка в защитных газах………………………………………………….. 25

6. Свариваемость меди…………………………………………………………………….. 27

7. Вывод…………………………………………………………………………………….. 28

8. Список литературы ……………………………………………………………………… 30

Введение

Медь (лат. Cuprum) - химический элемент I группы периодической системы Менделеева (атомный номер 29, атомная масса 63,546). В соединения медь обычно проявляет степени окисления +1 и +2, известны также немногочисленные соединения трехвалентной меди. Важнейшие соединения меди: оксиды Cu₂O, CuO, Cu₂O₃; гидроксид Cu(OH)₂, нитрат Cu(NO₂)₂*3H₂O, сульфид CuS, сульфат(медный купорос) CuSO₄*5H₂O, карбонат CuCO₃*Cu(OH)₂, хлорид CuCl₂*2H₂O.

Медь - один из семи металлов, известных с глубокой древности. Переходный период от каменного к бронзовому веку (4 - 3-е тысячелетие до н.э.) назывался медным веком или халколитом ( от греческого chalkos - медь и lithos - камень) или энеолитом (от латинского aeneus - медный и греческого lithos - камень). В этот период появляются медные орудия. Известно, что при возведении пирамиды Хеопса использовались медные инструменты.

Чистая медь - ковкий и мягкий металл красноватого, в изломе розового цвета, местами с бурой и пестрой побежалостью, тяжелый (плотность 8,93 г/см³) , отличный проводник тепла и электричества, уступая в этом отношении только серебру (температура плавления 1083 °C). Медь легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы, но сравнительно мало активна. В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Но она достаточно легко вступает в реакции: уже при комнатной температуре с галогенами, например с влажным хлором образует хлорид CuCl₂, при нагревании с серой образует сульфид Cu₂S, с селеном. Но с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температурах. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь не действуют, например, соляная и разбавленная серная кислоты. Но в присутствии кислорода воздуха медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей:

2Cu + 4HCl + O₂ = 2CuCl₂ + 2H₂O.

В атмосфере, содержащей CO₂, пары H₂O и др., покрывается патиной - зеленоватой пленкой основного карбоната, ядовитого вещества.

Медь входит более чем в 170 минералов, из которых для промышленности важны лишь 17, в том числе: борнит (пестрая медная руда - Cu5FeS4), халькопирит (медный колчедан - CuFeS2), халькозин (медный блеск - Cu2S), ковеллин (CuS), малахит (Cu 2 (OH)2CO3). Встречается также самородная медь.

Производство меди

Медь добывают из оксидных и сульфидных руд. Из сульфидных руд выплавляют 80% всей добываемой меди. Как правило, медные руды содержат много пустой породы. Поэтому для получения меди используется процесс обогащения. Медь получают методом ее выплавки из сульфидных руд. Процесс состоит из ряда операций: обжига, плавки, конвертирования, огневого и электролитического рафинирования. В процессе обжига большая часть примесных сульфидов превращается в оксиды. Так, главная примесь большинства медных руд пирит FeS₂ превращается в Fe₂O₃. Газы, образующиеся при обжиге, содержат CO₂, который используется для получения серной кислоты. Получающиеся в процессе обжига оксиды железа, цинка и других примесей отделяются в виде шлака при плавке. Жидкий медный штейн (Cu₂S с примесью FeS) поступает в конвертор, где через него продувают воздух. В ходе конвертирования выделяется диоксид серы и получается черновая или сырая медь. Для извлечения ценных (Au, Ag, Te и т.д.) и для удаления вредных примесей черновая медь подвергается сначала огневому, а затем электролитическому рафинированию. В ходе огневого рафинирования жидкая медь насыщается кислородом. При этом примеси железа, цинка и кобальта окисляются, переходят в шлак и удаляются. А медь разливают в формы. Получающиеся отливки служат анодами при электролитическом рафинировании.

Основным компонентом раствора при электролитическом рафинировании служит сульфат меди - наиболее распространенная и дешевая соль меди. Для увеличения низкой электропроводности сульфата меди в электролит добавляют серную кислоту. А для получения компактного осадка меди в раствор вводят небольшое количество добавок. Металлические примеси, содержащиеся в неочищенной ("черновой") меди, можно разделить на две группы:

1) Fe, Zn, Ni, Co. Эти металлы имеют значительно более отрицательные электродные потенциалы, чем медь. Поэтому они анодно растворяются вместе с медью, но не осаждаются на катоде, а накапливаются в электролите в виде сульфатов. Поэтому электролит необходимо периодически заменять.

2) Au, Ag, Pb, Sn. Благородные металлы (Au, Ag) не претерпевают анодного растворения, а в ходе процесса оседают у анода, образуя вместе с другими примесями анодный шлам, который периодически извлекается. Олово же и свинец растворяются вместе с медью, но в электролите образуют малорастворимые соединения, выпадающие в осадок и также удаляемые.

Применение меди

Медь, ее соединения и сплавы находят широкое применение в различных отраслях промышленности. В электротехнике медь используется в чистом виде: в производстве кабельных изделий, шин голого и контактного проводов, электрогенераторов, телефонного и телеграфного оборудования и радиоаппаратуры. Из меди изготавливают теплообменники, вакуум-аппараты, трубопроводы. Более 30% меди идет на сплавы. Сплавы меди с другими металлами используют в машиностроении, в автомобильной и тракторной промышленности (радиаторы, подшипники), для изготовления химической аппаратуры. Высокая вязкость и пластичность металла позволяют применять медь для изготовления разнообразных изделий с очень сложным узором. Проволока из красной меди в отожженном состоянии становится настолько мягкой и пластичной, что из нее без труда можно вить всевозможные шнуры и выгибать самые сложные элементы орнамента. Кроме того, проволока из меди легко спаивается сканым серебряным припоем, хорошо серебрится и золотится. Эти свойства меди делают ее незаменимым материалом при производстве филигранных изделий. Коэффициент линейного и объемного расширения меди при нагревании приблизительно такой же , как у горячих эмалей, в связи с чем при остывании эмаль хорошо держится на медном изделии, не трескается , не отскакивает. Благодаря этому мастера для производства эмалевых изделий предпочитают медь всем другим металлам. Как и некоторые другие металлы, медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала, витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата - медного купороса CuSO₄*2H₂O. В большом количестве он ядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организмов. В малых же дозах медь необходима всему живому.

Структура и свойства Меди

Среди технических металлов Медь по своему значению и распространению занимает особое место. Чистая медь обладает высокой теплопроводностью и электропроводимостью и достаточно высокой коррозионной стойкостью.

Ниже приведены физические константы меди:

Атомный вес	63,54
Кристаллическая решетка	Г.ц.к.
Периоды решетки, А	3,6080
Плотность, г/см3	8,94
Атомный объем, см3/г-атом	7,21
Температура плавления, °С	1083
Температура кипения, °С	2595
Удельная теплоемкость при 20°С, кал/см сек град	0,0915
Теплопроводность при 20°С, кал/см сек град	0,984
Удельный вес меди	8,93 г/cм3
Удельная теплота плавления меди	42 кал/г
Коэффициент линейного расширения меди (при температуре около 20oC)	16,7 *106(1/град)
Удельное сопротивление меди при 20oC	0,0167 Ом*мм2/м

Весьма ценным качеством меди является также ее высокая пластичность в горячем и холодном состояниях. Это позволяет изготавливать из меди различные деформируемые полуфабрикаты- листы, ленты, полосы, прутки, трубы, проволоку и др. широко применяемые в различных областях техники.

Промышленные марки меди и области их применения указаны в Табл.1.

Табл.1. Химический состав меди промышленных марок по ГОСТ 859-51.[1]