Как выполняется сварка латуни, какие существуют технологии

Сварка бронзы: особенности сварочного процесса, технология сварки аргоном и технические рекомендации

При сварке бронзы необходимо учитывать множество особенностей. Например, оловянная бронза сваривается методом газовой сварки, а для алюминиевой и кремниевой бронзы используется дуговая или аргонодуговая сварка. Каждый вид  сплава имеет свои особенности, но имеются и общие правила: при дуговой сварке устанавливается обратная полярность тока и соединяются заготовки не сплошным швом, а прерывистым.

Специфика сварки бронзы

Вся работа усложняется из-за большого количества примесей, содержащихся в бронзе. В процессе сварки некоторые вещества выгорают и создают пористый шов, что имеет весьма отрицательное влияние на качество полученного шва. Этого недостатка удаётся избежать, используя похожие по составу со свариваемым металлом сварочные прутки. При нагреве бронзы более 500 градусов значительно возрастает её хрупкость. Поэтому нужно не допускать резких механических воздействий, а также минимизировать необходимость перемещения изделия во избежание появления трещин.

Подготовительные работы и процесс

Сварке предшествуют подготовительные работы. Вначале подготавливаются свариваемые части. Необходимо провести очистку поверхности заготовок от остатков формовочной смеси, окалины и прочих отложений, если потребуется. Поверхность заготовки начищается до блеска с помощью металлической щётки. Кромки разделываются V-образной формой под углом 70-90 градусов.

Для места проведения работ нужно выбрать помещение с хорошей вентиляцией, так как во время сварки бронзы выделяются вредные испарения.

Под место будущего шва рекомендуется подкладывать графит или асбест. Все свариваемые элементы необходимо надёжно закрепить для предотвращения появления брака.

По краям соединяемых частей наносится флюс. Флюс можно использовать такой же, как и при сварке меди. Перед началом работы нужно выполнить предварительный нагрев примерно 300-350 градусов по Цельсию. К соединяемым деталям горелка подносится под углом 90 градусов.

Чтобы избежать выгорания олова, нужно держать ядро огня на расстоянии 7-10 мм от места сварки деталей. В процессе сварки бронзы нужно перемешивать сварочную ванну присадочным прутком. Для того чтобы убрать возникающие окислы, периодически добавляется флюс. Далее проводят термообработку изделия и закаляют в холодном состоянии.

Избавляются от остатков флюса при помощи серной или азотной кислоты.

К работе с бронзой допускаются только мастера высокого уровня, которые уже имеют опыт и знают специфику работы с данным металлом.

Сварка бронзы аргоном

В аргонодуговой сварке используют вольфрамовые электроды. Для работы с такими электродами применяют аппараты TIG. Сварка выполняется специальной горелкой, при этом электрод должен выступать на 2-5 миллиметров. Газ поступает через керамическое сопло, находящееся вокруг электрода. В качестве присадочного материала используются бронзовая проволока или бронзовые стержни диаметром 5-12 мм. Нужно внимательно выбирать присадочный материал: его химический состав должен совпадать со свариваемым материалом.

Если толщина свариваемых деталей находится в диапазоне от 1,4 до 2,5 мм, то можно не использовать присадочный материал, а соединение осуществляется с использованием постоянного тока с прямой полярностью.

Опытные сварщики советуют выбирать диаметр электрода по следующей таблице.

Сила тока рассчитывается в соотношении 30-40 А на 1 мм диаметра электрода. Также можно применять переменный ток, используя при этом осциллятор. В этом случае используется соотношение 75-80 А на 1 мм диаметра электрода. Для бронзы нужно приобретать аргон марки В.

Началу сварочных работ предшествует тщательная очистка заготовок с помощью щёток и химических растворов.

При проведении аргонодуговой сварки бронзы швы соединяются вплотную, чтобы не осталось зазора. Самыми прочными получаются швы, сделанные на отожжённой бронзе.

На свариваемые детали подаётся электричество. Присадочную проволоку к сети подключать не нужно. В одну руку берётся горелка, в другую – проволока. За 20 секунд до начала работы нужно нажать на горелке кнопку включения газа.

Нужно удерживать дистанцию в 2 мм между горелкой и местом шва. Благодаря этому, образуется электрическая дуга между электродом и свариваемым частями. Сварщик перемещает горелку вдоль шва и равномерно подаёт проволоку.

Запрещается прикасаться к рабочему столу во время зажжения дуги. Для этих целей используется осциллятор, который подаёт импульс электроду с частотой от 150 кГц и напряжением не менее 2 000 В.

Подготовка

Теплопроводность сплава меди и цинка гораздо ниже, нежели у составляющих элементов, поэтому для сварки нет необходимости предварительно разогревать заготовки. Если же толщина материала внушительная, то можно ограничиться локальным нагревом.

Стыки заготовок обрабатываются несколькими способами, исходя из толщины листа металла. При толщине до 1,5 мм делают по кромке отбортовку. Высота бортика должна достигать удвоенной толщины листа. При толщине заготовки от 1,5 мм до 6 мм поверхности не обрабатывают, а при сварке между кромками обеспечивают зазор 1-2 мм. Применение подкладок требует увеличения зазора до 3 мм. Кромки большей толщины разделывают под углом 30-45°C градусов.

Для того, чтобы провести качественную сварку любого сплава, необходимо учитывать свойства каждого составляющего элемента. Сварка латуни напоминает сварку меди, однако наличие цинка вносит в алгоритм некоторые коррективы. Принято выделять три способа сварки латуни:

1. электродуговая сварка;
2. аргонодуговая сварка;
3. газовая (газопламенная) сварка.

Качество сварки латуни различных марок

Прочность сварных соединений и качество сварки разных марок латуни различна.
На качество сильно влияет присадочный материал. В таблице представлены средние
показатели прочности сварных соединений латуни разных марок:

Образование
холодных трещин и горячих
трещин при сварке латуней возможно лишь при большой длине сварных швов.
Эти трещины являются кристаллизационными. По данным исследований Асиновской
Г.А., более половины трещин приходится на
зону термического влияния и на другие переходные участки сварного соединения.
Реже трещины получаются в самом шве.

Отжиг после окончания сварки при температурах 550-650°C, улучшает структуру
металла. Хотя на практике применении отжига возможно лишь при небольших габаритах
сварного изделия.

Дополнительные материалы по теме:

Выбор присадочного материала для сварки латуни

Выбор той, или иной марки присадочного материала сильно влияет на протекание
процесса сварки латуни. В таблице, приведённой ниже, указан состав наиболее
применяемых присадочных проволок:

Часто для сварки обычных латуней выбирают присадочную проволоку марок Л62 и
Л68. Данные марки не предотвращают выгорание цинка, но качество
сварки получается хорошим, сварные швы прочные и хорошо сформированные.

Главным недостатком при сварке латуни обычных является большое количество дефектов
в сварных швах в виде пор. Чтобы получить более плотный шов и улучшить прочностные
и технологические характеристики, рекомендуется выбирать латунную проволоку,
легированную элементами раскислителями. Хорошими раскислителями являются алюминий,
кремний, никель, марганец и, иногда, серебро.

Присадочный материал №1 содержит бор и является самофлюсирующим. Выбор данного
присадочного материала позволяет исключить применение флюса и увеличивает время
сварки на 20-40% по сравнению со сваркой под флюсом.

Присадочные металлы № 2 и 3 — кремнистые латуни. Они обеспечивают малодымный
процесс сварки. При их применении угар цинка составляет всего 2%. Присадочный
материал №4 содержит цинк и обеспечивает бездымный процесс сварки. Материал
№4 был разработан, в первую очередь, для
сварки чугуна или стали с латунью, но может успешно применяться для сварки
легированных и нелегированных латуней.

Материалы №5 и6 применяются при сварке латуней марок Л62 и Л68 с порошковыми
или газовыми флюсами.

Составы №8, 9, 10 содержат олово и кремний в своём составе олово и кремний.
Эти материалы показывают наилучшие результаты при ацетиленокислородной сварке
латуни. Применение такой присадочной проволоки позволяет получить высокую коррозионную
стойкость сварного соединения в морской воде.

Аргоновая

Аргоновая или аргонодуговая сварка – это разновидность дуговой сварки, которая обладает определенными особенностями. Сварка ведется неплавящимся вольфрамовым электродом в среде защитного газа, роль которого выполняет аргон. Если бы инверторы, работающие в режиме TIG, были так же распространены, как и инверторы MMA, то аргонодуговую сварку латуни можно было бы назвать самым популярным способом соединения. Тем более, что именно такой способ сварки обеспечивает высокое качество.

Прибегают к аргонно-дуговому способу при сварке достаточно массивных заготовок. Сначала выполняется подготовка поверхностей. Она сводится к зачистке кромок до характерного блеска. Латунь быстро окисляется, поэтому нередко приходится бороться со слоем окисла. Для этого кромки обрабатывают азотной кислотой, после чего заготовку следует промыть и высушить.

Сварка латуни характерна постепенным понижением напряжения. При использовании вольфрамового неплавящегося электрода применяется присадка. Оптимальным вариантом для материала присадки служит бронза или фосфор. Из этих элементов делается специальный прутик, который одним концом вносится в зону формирования шва. Но при ведении аргоновой сварки допускается еще применение плавящихся электродов. Так или иначе, процесс сопровождается характерным потрескиванием, которое возникает при испарении цинка.

Достоинства аргонно-дуговой сварки можно сформулировать подробнее.

• Данный метод считается наименее затратным. На приобретение угольных или латунных электродов, к которым еще полагается флюс, потребуются немалые средства.
• Высокие показатели качества в сочетании с относительной безопасностью переносит данный способ в разряд передовых.
• Высокая скорость формирования шва.
• Внешний вид шва получается эстетичным. Не стоит забывать, что множество изделий из латуни являются элементами декора, поэтому аккуратный шов – залог качественной работы мастера.
• Выделяющиеся газы, в том числе и соединения цинка, считаются ядовитыми. В процессе сварки они выдуваются аргоном и не могут причинить сварщику большого вреда.
• Отсутствие шлаковой корки, которую впоследствии приходилось бы сбивать или счищать.
• Аргон препятствует быстрому окислению на обработанных кромках.

Технология проведения

Если верить сварщикам, этот алгоритм наиболее эффективен. Аккуратность и прочность швов – тому доказательство. Аргоном медь варят с помощью вольфрамового электрода на постоянном токе. Для сравнения: сплав алюминиевой бронзы осуществляют на переменном токе.

Важные рекомендации.

• Присадочные прутки подбирают по характеристикам материала. Если речь идет об обычной домашней мастерской, то в дело идут медные провода, которые несложно достать из электрокабеля либо даже трансформатора. Наждачкой медную жилку освобождают от лака, обезжиривают растворителем.
• Присадку всегда нужно вести перед горелкой. Аргоновую сварку толстой меди можно проводить и без той самой присадочной проволоки.
• Чтобы металл сцеплялся лучше, горелку можно вести зигзагами. А вот тонкий материал (во избежание дефектов) варят короткими швами с перерывами. Если не придерживаться такой тактики, могут появиться прожоги.
• Если в сварочном приборе нет функции «заварка кратера», горелку отводить рекомендовано постепенно (с удлинением дуги).

Технология сварки медных труб с помощью аргона такая.

1. Предварительно выставить небольшой ток. Саму сварку предстоит вести медленно, раздельными шовными кусочками. Перекрытие должно быть не меньше одной трети. Присадочную проволоку нужно расталкивать боковыми движениями горелки.
2. Принцип сварки прост – капнули и растянули, еще раз капнули и растянули. Стоит напомнить, что при выборе сварки сплошным швом, прожог меди может быть вероятным сценарием.
3. Прекрасно, если есть возможность приобрести прибор с опцией импульсной сварки. Тогда ток можно выставить и побольше, так организуется быстрое расплавление присадочного материала. А временной интервал между импульсами выстраивается так, что после подачи импульса сама медь успевала остыть. Это такая гарантия отсутствия прожога.

Сварка медных труб, как говорят опытные специалисты, это всегда проба тока. Сразу сказать, каким он будет, вряд ли получится. Пробы рекомендовано проводить на материалах, близких по составу. И не забывать про ступенчатую технологию сварки: это стоит усвоить еще до начала процедуры.

Сварка меди – процесс, который неспециалисту может и не покориться. Это аргонодуговая сварка является довольно сложной задачей, осуществление которой требует и опыта, и знаний. Потому привлечение для сварки меди аргоном профессионала будет во всех отношениях более безопасным решением.

К слову, сразу стоит отказаться от идеи холодной сварки: герметики и различные замазки, очень навязчиво преподносимые в рекламе, проблему устраняют только временно. Но соединять стык все равно придется, и вопрос неминуемо сведется к профессиональной помощи. И аргон в этом отношении можно считать лучшим решением.

Как выглядит сварка меди аргоном, смотрите далее.

Порошковый электрод

Порошковые электроды находят применение при ручной наплавке штампов и других инструментов. Они изготовляются из порошковой проволоки, применяемой для автоматической наплавки под флюсом.
 

Порошковые электроды с наполнителем из сталинита применяются для наплавки стальных и чугунных деталей, например, ножей бульдозеров, скреперов и грейдеров, лопастей растворомешалок и дезинтеграторов, шнеков, козырьков ковшей погрузчиков и многих других деталей. Срок службы лопастей растворомешалок, отлитых из чугуна с отбеленной поверхностью, при наплавке такими электродами увеличивается в два и более раз.
 

Порошковые электроды с наполнением из доменного ферромарганца дают наплавленный металл, содержащий в среднем 2 0 — 2 5 % углерода и 20 — 26 % марганца.
 

Порошковые электроды изготовляют из порошковой проволоки. На стержень могут быть нанесены покрытия ( 30 — 35 % массы стержня), состоящие из феррохрома, ферротитана, феррованадия и других компонентов. Твердость слоя, наплавленного электродами ПЭ-6ХЗВ10, после закалки 64 — 65 HRQ, Порошковые электроды с наполнителями из доменного ферромарганца и У35Х717 образуют металлопокрытия высокой твердости ( 51 5 — 57 HRQ) и износостойкости.
 

Активность железного порошкового электрода обусловлена отсутствием на поверхности частиц сплошной пассивирующей пленки окисла. Площадь оголенных участков металла, доступных для электролита, зависит от дисперсности и структуры порошка. Неупорядоченная структура кристаллов способствует повышению активности.
 

Наплавка ленточным порошковым электродом производится на специальном автомате, который изготовляет электрод, подает его к наплавляемой детали и поддерживает сварочную дугу. Наплавку лучше производить постоянным током, но возможно использование переменного тока от трансформатора ТСД-1000.
 

Порошковая проволока и порошковые электроды применяются для наплавки била шахтных мельниц и молотковых дробилок, щек и бандажей камнедробилок, бандажей вальцев, шнеков, зубьев ковшей экскаваторов, пуансонов прессов для брикетирования угля, колес и бронедисков земснарядов, брони цементных мельниц, некоторых видов режущего и бурильного инструмента, большого и малого конусов и штанг засыпного аппарата доменных печей, валков прокатных станов, крановых колес, ножей ножниц и целого ряда других деталей.
 

Как упомянуто выше, порошковый электрод может быть изготовлен прессованием порошков металлического цинка, окиси цинка или их смеси.
 

Ме-дуги используют при сварке голыми, покрытыми и порошковыми электродами и проволоками; при сварке под флюсом и в защитных средах ( СО2, Н2О, Аг), а также при сварке в вакууме.
 

Для электрохимических измерений были изготовлены порошковые электроды двух различных конструкций. Он был плотно обернут тканью из фторопласта. Другой вариант представлял собой изогнутую стеклянную трубку, оканчивающуюся конусообразной воронкой, в дно которой впаяна платиновая проволока, служащая токоподводом. Поверх токоподвода был насыпан слой порошка окисла. Полученный таким образом электрод погружался в электролит.
 

Дальнейшим развитием идеи Н. Н. Бенардоса являются ленточные порошковые электроды, предназначенные для дуговой сварки под флюсом. В этом случае электрод состоит из двух стальных лент — гладкой и гофрированной, с ячейками для удержания и равномерного распределения порошка. Ленты соединены друг с другом по кромкам с помощью механической закатки. Такие электроды дают возможность получить за один проход широкую полосу наплавленного металла, что особенно ценно при наплавке больших поверхностей.
 

Наиболее дешевыми и доступными наполнителями порошковых электродов являются доменный ферромарганец и сталинит. Порошковые электроды с наполнителем из сталинита дают наплавленный металл в среднем следующего химического состава: 2 4 — 2 5 % по весу углерода; 5 — 6 % марганца; 5 — 6 % хрома. Скорость наплавки этими электродами в два раза выше, чем при наплавке порошкообразным сталинитом; коэффициент наплавки электродами составляет 11 6 Г / а-ч. Наполнитель порошкового электрода плавится быстрее, чем трубка электрода. Это улучшает защиту расплавленного металла от вредного действия воздуха и выгорания легирующих элементов. Поэтому около 90 % углерода и 80 — 85 % марганца переходят из электрода в наплавленный металл.
 

Техника

Скорость работы рекомендуется устанавливать максимально возможной, в диапазоне 15-25 см в минуту. При низкой скорости ведения шва начинается усиленное порообразование.

Если требуется сварить толстые заготовки, их крепят под уклоном 10-15о к горизонтали, шов ведут от нижнего края к верхнему. Следует также подогреть кромки. Длинные швы варят обратными ступеньками. Допускаются как горизонтальное, так и вертикальное сварочные положения (с использованием легированной присадки и флюсового состава БМ-1), потолочное не используется вследствие высокой текучести расплава.

Горелку наклоняют под углом 15-30о к линии шва. Пруток должен располагаться над сварочной ванной, не погружаясь в нее.

Особенности в среде аргона

Для сварки заготовок из латуни аргоном используется сварочный инвертор и горелка с неплавким электродом, служащим для образования электродуги. Через форсунку горелки в рабочую зону поступает аргон (или аргоновая смесь). Газ вытесняет воздух и образует защитное облако. Шовный материал формируется за счет оплавленных кромок и присадочного прутка (или проволоки), подаваемой в рабочую область вручную либо полуавтоматом.

Перед началом работ следует зачистить кромки шва механическим способом или химическим путем и обезжирить их. Для деталей большой толщины выполняют разделку кромок.

При сварке латуни в среде аргона слышно характерное потрескивание, сопровождающее выделение паров цинка.

Преимущества аргонодуговой

• не требуются плавкие электроды и флюсовые составы;
• не происходит дымообразование и выпадение ядовитой окиси цинка;
• высокая производительность при использовании полуавтоматического аппарата;
• не требуется счищать корку шлака;
• высокая однородность шва;
• газовая струя сдувает пыль и другие отходы.

Кроме того, универсальность аргонной сварки позволяет применять ее для тонких и толстых заготовок различной формы и выполнять наплавочные работы.

Электродуговая

Сварка как правило проводится инверторным аппаратом обратной полярностью, ток выбирают по приближенной формуле: 30-40А на каждый миллиметр толщины электрода. Напряжение выставляют в диапазоне 25-30 вольт при импульсном режиме дуги. Скорость ведения электрода не ниже 25 см в минуту, для исключения порообразования и выгорания цинка.

Наиболее часто применяются стыковые односторонние швы. При больших толщинах заготовок их располагают под уклоном 15-25о к горизонтали.

При электросварке в несколько проходов обязательно проводят промежуточные зачистки.

о

Электрод должен двигаться возвратно — поступательно. Если дуга сорвалась, заново разжигать ее следует в зоне уже выполненного шва. Так кратер обрыва будет полностью проварен. При выполнении швов большой протяженности используют обратноступенчатую траекторию движения электрода. Альтернативой может служить технология сварки «на выход», соединение начинают в центре и ведут поочередно в разные стороны, к краям детали.

Отливки из латуни варятся так же, как из бронзы.

Газовая

Технология используется, если электродуговая сварка не обеспечивает достаточного качества соединения. При газовой сварке наблюдается значительный (до 25%) угар цинка. Используют окислительное пламя, создающее на поверхности расплава оксидный слой, предотвращающий дальнейшее испарение цинка.

В качестве присадки используются следующие марки прутков:

• ЛКБ 062-02-004-05: присутствие бора дает возможность обходиться без флюса;
• ЛК 62-0,5: в качестве флюса применяют прокаленную буру.

Кроме буры и ее смесей, применяется также флюсовый состав БМ-1, состоящий из метилбората и метанола. Он подается в рабочую зону в виде пасты и позволяет обезопасить работника от ядовитого порошка окиси цинка. Кроме того, повышается скорость сварки.

3 Технология наплавочных работ – некоторые важные особенности

Дуговая наплавка изделий из стали и черных металлов в силу своей универсальности применяется очень широко во многих ремонтных и восстановительных цехах промпредприятий.

Технология данного процесса имеет ряд особенностей и сложностей, но они не оказывают негативного влияния на качество наплавочной операции, если работы выполняются опытным сварщиком.

Наплавка производится при помощи стандартного оборудования, на котором выполняются сварочные электродуговые работы. При этом в зависимости от того, какое состояние и химсостав имеет наплавляемый и основной металл, технология может потребовать осуществления дополнительных процедур, в частности следующих:

• с целью обеспечения на поверхности наплавляемой стали каких-либо специальных эксплуатационных характеристик – термообработка;
• для улучшения и ускорения процесса – сопутствующий и предварительный нагрев заготовки.

Сварочные электроды первой категории (марки – ОЗН-300М и 400М, ЦНИИН-4, ОМГ-Н) рекомендованы для наплавки крестовин, осей, валов и иных элементов из низколегированных и углеродистых сплавов для железнодорожного и автотранспорта, второй (ОЗШ-2, 3, 7, 1, ЭН-60М, УОНИ-13/НЖ, ОЗИ-3) – для высадочных и молотовых, вырубных и отрезных штампов, также для компонентов станочного и металлургического оборудования, склонного к быстрому изнашиванию.

Третья категория наплавочных электродов (Т-620 и 590, ЭНУ-2, ВСН-6, ОЗН-7, 6 и 7М) используется для восстановления чугунных и стальных элементов строительной и металлургической техники, высокомарганцовистых и углеродистых сплавов, четвертая (ОЗИ-5 и 6) – для изготовления и ремонта инструментов для металлообработки, горячих и холодных сильнонагруженных штампов.

Электроды пятой группы (ЦН-12М и 6Л) технология наплавки рекомендует применять для восстановления энергетического оборудования и котлов, используемых при давлении не более 78 МПа, шестой (ОЗШ-6 и 8) – для обработки штамповочной и кузнечной оснастки, применяемой при высоких давлениях в термоусталостных условиях.

Кроме того, активно используется технология наплавки ленточными электродами – полосами размерами от 0,6х50 до 1х100 миллиметров. Теоретически можно делать и более крупные ленты, но их применение связано со значительным усложнением наплавочного процесса.

При наплавке ленточным электродом между ним и обрабатываемой деталью формируется электрическая дуга. На основной металл при постепенном расплавлении стержня наносится защитный 3–5-миллиметровый слой. В данном случае ванну и дугу требуется обязательно отделять флюсом от окружающего воздуха.