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

Аргонодуговая сварка бронзы

Аргонодуговая сварка бронзы производится в случае обнаружения дефектов литья или при образовании дефектов при наплавке и в других случаях. Бронзовые детали свариваются с предварительным подогревом приблизительно до 350 – 400 градусов по Цельсию. Крупные изделия подогреваются до 500 – 600 градусов. Прочность бронзы при высокой температуре значительно понижается, поэтому деталь перед свариванием нужно хорошо закреплять, чтобы во время сварочного процесса случайно ее не повредить.
После сваривания бронзовые детали подвергаются отжигу с подогревом до 700 градусов. Выдерживаются детали при такой температуре от 3 до 5 часов. Подогрев отливок начинается с температуры 200 градусов, и температура повышается приблизительно на 100 градусов в час. Для отливок, которые выполняют ответственные задачи, применяется температура до 750 градусов по Цельсию. Прокатанная бронза подвергается проковке в холодном состоянии. Делается это для повышения плотности и прочности металла сварочного шва.

При сваривании угольными электродами используется постоянный ток прямой полярности. Для сваривания оловянистой бронзы используют прутки, в составе которых 8% цинка, 3% олова, 0,2 фосфора, 0,3% никеля, 0,3% железа, 0,2% свинца. Остальным материалом является медь. Для бронз других видов используются прутки такого же состава, из которого состоит основной свариваемый металл.

Сваривание бронзы находит широкое применение. Наилучшие результаты сваривания дает сварка на постоянном токе обратной полярности. Величина сварочного тока составляет 30 – 40 Ампер на 1 миллиметр диаметра сварочного электрода. Если при сваривании используется переменный ток, то для того чтобы повысить устойчивость горения дуги, нужно повышать силу тока до 75 – 80 Ампер на 1 миллиметр диаметра электрода. Также в такой ситуации Вы можете воспользоваться осциллятором.

Сваривание бронзы ведут без перерыва в один слой. При сваривании электрод должен находиться практически перпендикулярно к поверхности металла. Для того чтобы лучше удалять газы с поверхности сварочного шва делаются зигзагообразные движения. Для того чтобы получить максимальную высоту напайки нужно вести дугу с предварительной формовкой места наплавки при наклоне до 15 градусов к горизонтальному положению. Если сваривание производится без подогрева, то для этой работы применяется больший сварочный ток.

Если сваривание бронзы производилось в соответствии с требованиями, то механические свойства сварочного шва получаются примерно такими же, как и свойства основного металла. Для прокатных бронз применяется сварка в аргоне с использованием неплавящихся электродов, например вольфрамовых.

Нередко бронзу сваривают газовой сваркой. В таком случае сваривание ведется с подогревом детали до 450-и градусов по Цельсию. Сварочное пламя обязательно должно быть восстановительным, потому что если оно будет иметь окислительные свойства, то содержание олова, алюминия и кремния сильно сократиться.

Технология сварки алюминия

Алюминий – это один из самых распространенных природных элементов. Он отличается стойкостью против перехода в хрупкое состояние при низких температурах, высокой коррозионной стойкостью в окислительных средах, высокой тепло- и электропроводностью, а также малой плотностью.

Температура его плавления составляет +660 °С, а плотность – 2,7 г/см3. Алюминий всегда покрыт пленкой окиси алюминия (Аl2O3) из-за большого сродства к кислороду. Температура плавления этой пленки – +2050 °С. Основные трудности, возникающие при работе с алюминием, обусловлены тугоплавкостью пленки и риском появления кристаллизационных трещин и пор в шве.

Вышеупомянутая пленка окиси алюминия препятствует сплавлению металла сварочной ванны с основным металлом. Поэтому ее удаляют металлическими электродами для сварки цветных металлов, воздействуя покрытием электрода или составляющими флюса. При аргонодуговом сваривании пленку разрушают посредством катодного распыления. Если использовать постоянный ток обратной полярности, то он оказывает «очищающее» воздействие на протяжении всего времени горения дуги. А переменный ток действует таким образом только в те полупериоды, когда изделие является катодом.

Поры в сварных швах образовываются из-за водорода, усиленно стремящегося выйти в атмосферу в связи с резким изменением растворимости при переходе алюминия из жидкого состояния в твердое. А кристаллизационные трещины появляются из-за повышенного содержания кремния. Чтобы их уменьшить, в алюминий вводятся добавки железа.

Ручная сварка угольным электродом. Выполняется в тех случаях, когда толщина цветного металла составляет от 1,5 мм до 20 мм, а также при заварке дефектов литья из алюминия и его сплавов. Если толщина цветного металла не превышает 2 мм, то его сваривают, не разделывая кромку и присадочную проволоку.

Ручная дуговая сварка металлическим электродом. Для работы с изделиями из чистого алюминия («АД», «АД1», «АДО», «А6») используются электроды «АФ-4аКр» и «ОЗА-1».

Ручная дуговая сварка цветных металлов осуществляется постоянным током обратной полярности после предварительного подогрева свариваемых листов: толщиной 6–8 мм – при температуре до +200 °С, 8–16 мм – до +350…+400 °С.

Прежде чем приступить к работе, электроды следует просушить в течение двух часов при температуре +150…+200 °С. Если толщина цветного металла – более 20 мм, то кромки необходимо разделать. Сварка выполняется с двух сторон при зазоре между листами 0,5–1 мм.

Электроды «А-2» применяются для устранения дефектных мест в литье сплава «АЛ-9» и сваривании алюминиево-марганцевого сплава типа «АМц». Изделие следует предварительно подогреть («АЛ-9» до +280…+300 °С, «АМц» – до +300…+400 °С) короткой дугой постоянным током обратной полярности.

Электроды «ОЗА-2» используются для сваривания сплавов «АЛ-11», «АЛ-9», «АЛ-5», «АЛ-4», «АЛ-2», которое выполняется после предварительного подогрева участка до +250…+400 °С короткой дугой и постоянным током обратной полярности.

Автоматическую и полуавтоматическую сварку по флюсу используют для изделий, толщина кромок которых превышает 8 мм. При этом дуга горит над флюсом, а не в его слое. Для удаления оксидной пленки и защиты сварочной ванны достаточно тонкого слоя флюса. Если толщина слоя флюса большая, то дуга шунтируется через шлак, который обладает высокой электропроводностью, и горит по слою флюса.

При сварке цветных металлов полуавтоматом используют электродную проволоку марки «СвАМц» либо «СвА97» диаметром 2-3 мм. Флюс «АН-А1» (на 20 % состоит из хлористого натрия, на 30 % – из криолита, на 50 % – из хлористого калия) наносится на свариваемый шов слоем толщиной 10–35 мм. Работа выполняется постоянным током обратной полярности. Ее скорость составит примерно 12–20 м/ч при следующих параметрах: сварочный ток – 300–450 А, вылет электрода – 25–40 мм, напряжение дуги в пределах 38–44 В.

Аргонодуговая сварка алюминия и его сплавов получила наибольшее распространение. При ее использовании нет необходимости применять относительно сложные флюсы и покрытия, остатки которых могут вызвать коррозию шва. В этом случае работают с постоянным током обратной полярности или переменным током, но обязательно с осциллятором и балластным реостатом.

Автоматическую и полуавтоматическую сварку цветного металла в среде аргона плавящимся электродом выполняют специальными шланговыми полуавтоматами и автоматами. В работе используют постоянный ток, подбирают подходящий режим сварки и применяют обратную полярность. В данном случае подойдет сварочная проволока «СвА97», «СвАМц», «СвАК» или того же состава, что и свариваемый цветной металл.

Участок детали толщиной до 10 мм сваривают без разделки кромок, при больших толщинах кромок применяют V- и Х-образные разделки шва. Сила тока при электродной проволоке диаметром 2 мм составляет 250–300 А, скорость работы достигает 30–40 м/ч.

Газовая сварка алюминиевых изделий даст отличные результаты, если правильно применить флюсы и выбрать подходящий режим. Листы толщиной не более 3 мм следует сваривать с отбортовкой кромок на высоту, равную их утроенной толщине. А листы толщиной не более 5 мм сваривают, не скашивая кромки, с зазором до 0,5 мм.

Листы толщиной 5–15 мм сваривают с односторонним скосом кромок, при большей толщине – с двусторонним. Угол разделки составляет 60–70°. Не рекомендуется сваривать нахлесточные соединения, потому что флюс затекает в зазор между листами и вызывает коррозию, из-за которой разрушается шов. Присадочную проволоку и кромки соединения необходимо хорошо очистить от оксидной пленки химическим или механическим способом.

Механическая очистка представляет собой обезжиривание в щелочном растворе и последующую очистку металлической щеткой. В этом случае газовую сварку цветных металлов и сплавов нужно начинать не позднее чем через 2 часа.

Выполняя химическую очистку, строго соблюдайте последовательность: сначала обезжирьте кромки и протравите их в 5%-ном растворе каустической соды, после чего промойте водой, протрите насухо тряпкой и просушите. Приступайте к работе не позднее чем через 8 часов после такой очистки.

Если вы используете флюс в виде пасты, то наносите его на присадочную проволоку и свариваемые кромки. А порошкообразный флюс следует насыпать в разделку шва. Обязательно храните флюсы в герметичных сосудах, чтобы предотвратить поглощение влаги из воздуха. Сваривайте деталь «левым» способом нормальным пламенем или с небольшим избытком ацетилена. Но учтите, что слишком большой избыток ацетилена приводит к появлению пор в сварном шве. Опаснее всего – избыток кислорода. Он интенсивно окисляет алюминий, существенно затрудняя работу. В первое время сваривания наклоните мундштук горелки под углом 70–80°, а затем уменьшите его до 30–45°.

В зависимости от того, какой толщины цветной металл, подбирается подходящая мощность сварочного пламени:

Перед свариванием силуминов предварительно подогрейте деталь до +200…+250 °C. После этого произведите отжиг при температуре +300…+350 °C и медленно охладите ее. Швы сварных соединений из проката прокуйте в холодном состоянии легкими ударами. Остатки флюса и шлака основательно удалите металлической щеткой и промойте горячей водой.

Как выполняется сварка бронзы, какие существуют методики

Бронза среди материалов получила большую популярность. Но существенно портят всю картину сложности, возникающие во время проведения сварочных работ. Многие понимают, что бронза – это не химический элемент, а сплав, однако не каждый знает о том, что состав материала может быть различным.

В общем смысле под бронзами подразумевают сплавы меди, в которые добавлены такие легирующие элементы, как алюминий, олово, кремний или марганец.

Сразу отметим, что по ряду физических свойств бронза схожа с латунью. В частности, для этих материалов определены идентичные способы сварки. В металлургии же существует четкое разделение сплавов. Если в качестве основного элемента используется медь с цинком, то образованный сплав называется латунью.

Виды бронзы определяются, в зависимости от того, какой элемент используется для легирования. В простейшей классификации бронзы можно разделить на оловянные и безоловянные. Оловянная бронза в своем составе, помимо меди и олова, может иметь никель, фосфор, цинк. Считается, что именно добавление в сплав олова делает его более качественным.

Сварка латуни аргоном – решаем трудности вместе

Иногда приходиться стыкаться с такими задачами как сварка латуни аргоном в том или ином масштабе. Сама латунь, как и большинство других цветных металлов достаточно сложная в сварке. Поэтому если вы этим не занимаетесь или впервые нужно сварить поврежденную деталь, выполнить специфический заказ – придется предварительно ознакомиться с проблематикой и особенностями техники сварки этого металла.

Проблематика

Латунь — металл, представляющий собой бинарный или многокомпонентный сплав на основе меди, в котором главным легирующим компонентом служит цинк, частично могут добавляться свинец, олово, марганец, никель, железо. Из-за своих свойств латунь трудно сваривается, так как она меняет свои физические свойства при быстром нагреве и последующем охлаждении. К примеру, на прочность сварного соединения сильно влияют такие факторы как — наличие цинка; — присутствие в оксидной пленке водорода.

В первом случае Zn испаряется под воздействием высоких температур (известно, что цинк испаряется уже при 420-и, а закипает при 907-и градусах, что совпадает с температурой плавления латуни), из-за чего выделяются опасные пары, а латунь приобретает плохую пластичность. Во втором из-за водорода происходит насыщение пузырьками сварочного шва и как последствие – его слабая прочность.

blog.svarcom.net

Особенности

Нередко при варке оловянной бронзы наблюдается такое явление, как образование застывших капель. Происходит это по той причине, что легкоплавкие фракции всплывают на поверхность. Такие компоненты, как свинец и цинк, подлежат угару. Их температура кипения ниже, чем у меди, поэтому происходит процесс естественного испарения.

Следует контролировать тип пламени. Оно должно быть строго нормальным. В окислительном пламени выгорает олово, а науглероживающее пламя приводит к появлению пор. Расход ацетилена при газовой сварке должен составлять 70-120 литров в час на 1 мм толщины листа металла. Поверхность должна находиться в зоне восстановительного пламени, что составляет 7-10 мм. Только так можно снизить степень выгорания олова.

Детали из литой бронзы рекомендуется предварительно разогреть до температуры 450°C градусов. Присадочным материалом служит проволока БрОЦ4-3 или БрОФ6,5-0,15. Сложности сварки алюминиевой бронзы связаны с образованием оксидной пленки, которая имеет высокую температуру плавления. С ней можно бороться только при наличии специального флюса. В качестве последнего выступает вещество, содержащее фтористый натрий, хлористый натрий, хлористый барий и хлористый калий. Кремнистая бронза, в отличие от остальных видов сплавов, неплохо сваривается за счет присутствия таких элементов, как кремний и марганец.

Существуют особенности, характерные для любого сплава, содержащего медь. Об этих особенностях сварщик обязан знать, ведь он в обязательном порядке столкнется с определенными сложностями. Наличие в сплаве меди определяет его физические свойства. Теплопроводность бронзы, как и латуни, достаточно высокая, вследствие этого приходится учитывать интенсивную отдачу тепла. Быстрая кристаллизация сопровождается образованием трещин. Здесь оказывает влияние еще один фактор – высокий коэффициент теплового расширения. При кристаллизации металла происходит его «стягивание», в результате чего возникают внутренние напряжения.

Бронза широко применяется художниками и скульпторами при изготовлении бюстов или памятников. Из нее делают фурнитуру и элементы декора. Сварочные работы должны обеспечивать не только надежное соединение, но и эстетичный вид. Наличие в сплавах таких элементов, как цинк, олово или свинец во многом определяет особенности сварочных работ.

Выгорание перечисленных элементов обусловлено существенной разницей в температурах кипения. После плавления металла в сварной ванне происходит поглощение атмосферного кислорода. С ним вступают в реакцию легирующие элементы. На поверхности ванны образуется пленка. Параллельно с этим в металл попадает водород, и при кристаллизации остаются поры. Они существенно снижают качество сварного шва.

Часть проблем удается решить, обеспечив защиту ванны инертным газом. Чаще всего используется аргон. Все вышеописанное указывает на то, что сварка бронзы является достаточно сложным процессом, поэтому сварщик обязан обладать определенными знаниями и опытом.

СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЯ МЕДИ И БРОНЗ СО СТАЛЬЮ

В табл. 13 приведены меха­нические свойства металла на­плавки, полученного при веде­нии процесса без расплавления стали (плазменная струя), с не­большим проплавлением (арго — но-дуговая наплавка) и со зна­чительным проплавлением (авто­матическая наплавка под слоем флюса). Предел прочности при всех трех способах наплавки примерно одинаков, предел теку­чести наименьший при наплавке плазменной струей, а относи­тельное удлинение и относи­тельное сужение максимальны при наплавке плазменной струей, значительно ниже при наплавке ручным аргоно-дуго — вым способом и весьма малы при автоматической наплавке под слоем флюса. Такое разли­чие в пластических свойствах металла наплавки объясняется различным количеством железа в металле наплавки: чем меньше железа в металле наплавки, тем выше пластические свойства при примерно одинаковых проч­ностных свойствах.

Степень расплавления основ­ного металла в такой же степени сказывается на механических свойствах соединения (табл. 14).

Прочность сцепления металла наплавки с основным металлом проверялась при испытаниях специальных образцов на срез, выдавливание, отрыв, а также испытанием образцов на загиб как наплавкой внутрь, так и наплавкой наружу. Резуль­таты испытаний приведены в табл. 14.

Как видно, прочность сцепления металла наплавки с основным металлом находится или на уровне прочности самого наплавляе­мого металла (при наплавке без расплавления стали) или несколько выше прочности наплавляемого металла (в случае наплавки с рас­плавлением стали или даже при наплавке без расплавления стали, но при значительном ее растворении в жидком металле наплавки и образовании развитой зоны переменного состава). В первом слу­чае разрушение происходит непосредственно по границе сплавле­ния металла наплавки с основным металлом (рис. 46, 47, а), во

втором случае, как видно из рис. 47, б, разрушение происходит на некотором уда­лении от границы сплавления. Упрочне­ние металла наплавки в переходном слое во втором случае обеспечивается перехо­дом железа из основного металла в металл наплавки.

Испытания на растяжение плоских и круглых образцов, полученных наплав­кой бронз типа МНЖ5-1 и Бр. КМцЗ-1 на малоуглеродистые стали как плазмен­ной струей, так и аргоно-дуговым способом неплавящимся и плавящимся электродом, показали, что прочность такого соедине­ния зависит в основном от толщины слоя металла наплавки: чем больше толщина слоя металла наплавки, тем ниже проч­ность соединения, так как прочность самого _____ наплавляемого металла ниже прочности присадочной проволокой стали. Так, при испытании на растяжение

круглых образцов, полученных наплавкой бронзы типа МНЖ5-1 на сталь 20, получены значения предела прочности: ов = 45 — 47 кгс/мм^ как при наплавке плазменной струей, так и при аргоно-дуговой наплавке неплавящимся электро­дом. Размеры образцов: диаметр стального стержня 18 мм, диа­метр наплавленного образца после механической обработки 21 мм. Прочность самой стали ад = 50,2 кгс/мм2. Однако угол загиба стабильно составляет 180° только при наплавке без расплав­ления стали (плазменная струя), а при наплавке автома­том под слоем флюса угол загиба составляет только 30—60° (табл. 14).

Предел выносливости соединения, полученного при наплавке плазмой бронзы Бр. КМцЗ-1 на сталь 09Г2 при симметричном цикле растяжение—сжатие (г = —1) на базе 5-Ю® циклов со­ставляет около 13,0 кгс/мм2 при испытании плоских образцов, тогда как при автоматической наплавке под слоем флюса предел выносливости по данным Н. Н. Плишкина [73] составляет всего

6,5 кгс/мм2.

Таким образом, необходимая прочность сцепления металла наплавки с основным металлом и статическая прочность наплав­ленного соединения обеспечиваются практически всеми способами наплавки. Оптимальные пластические свойства соединения ста­бильно могут быть обеспечены лишь при наплавке без расплавле­ния стали (например, при наплавке плазменной струей). Такое понижение пластических свойств и предела выносливости соеди-

нения при наплавке с расплавлением стали, на наш взгляд, можно объяснить наличием развитой зоны структурной и химической неоднородности металла шва.

Одной из причин понижения усталостной прочности и пла­стичности соединений разнородных металлов медь—сталь при сварке (наплавке) с расплавлением основного металла является то, что в образовавшемся перемешанном слое в процессе охлаждения в силу ограниченной взаимной растворимости железа с медью происходит распад твердых растворов железо—медь или железо— никель—медь. Распад этот сопровождается появлением новых фаз на ранних стадиях старения [63].

Распад сплава Fe—Ni—Си изучался в работах [3, 72]. В [3] ‘показано, что при распаде сплава Fe—Ni—Си возникают напря­жения второго и третьего рода. Из работы [72] следует, что про­цесс распада сплава Fe—Ni—Си сопровождается возникнове­нием значительных напряжений второго рода (до 2,3-10”3 см)

и образованием малых блоков мозаики (1—1,5 ■ 10-6 см). Авторы [72] считают, что эффект дисперсности блоков обусловлен не дро­блением крупных блоков мозаики в результате возникновения зна­чительных напряжений, а появлением 7Х — и 72-фаз (сплав в про­цессе распада расслаивается на две фазы). В результате пере­распределения компонентов по фазам в сплаве Fe—Ni—Си при обороблении фаз искажения второго рода достигают максималь­ной величины.

При распаде сплава Си—Fe было обнаружено [114], что после пластического деформирования из твердого раствора вы­деляется не промежуточная 7-фаза, а стабильная a-фаза, без предварительного образования 7-фазы. При наличии таких зна­чительных напряжений в переходной зоне трудно ожидать полу­чения высоких пластических свойств и высокого значения предела выносливости.

Существование такой неоднородности было показано металло­графическими исследованиями; выявляется оно и при исследовании твердости металла соединения. Твердость измерялась на приборе «Виккерс» при нагрузке 5 и 10 кгс. Результаты исследований приведены в табл. 15. Как показывают приведенные данные, твердость металла наплавки повышается с повышением содержа­ния в нем железа. Особенно повышается твердость металла пере­ходной зоны как со стороны металла наплавки, так и со стороны стали, что и характеризует химическую и структурную неодно­родность этой зоны при наплавке с расплавлением стали. Только плазменная наплавка на оптимальных режимах обеспечивает до­статочную однородность как по сечению металла наплавки, так и в стали, благодаря чему и обеспечиваются высокие пластические и усталостные свойства наплавленного соединения.

Таким образом, результаты исследований механических свойств металла наплавки и наплавленных соединений при наплавке меди и бронз на стали показывают, что оптимальные свойства могут быть получены только при наплавке без расплавления ос­новного металла и минимальной длительности контактирования твердой и жидкой фаз, т. е. при плазменной наплавке на оптималь­ных режимах.

В ряде случаев при оценке свойств наплавленных изделий коррозионная стойкость металла наплавки имеет решающее зна­чение. Как указывалось выше, о коррозионной стойкости металла наплавки можно судить по количественному содержанию железа и структуре металла наплавки. Для проверки были проведены дополнительные коррозионные испытания по следующей методике:

1) качественная проверка коррозионной стойкости металла наплавки в зависимости от содержания в нем железа с целью обнаружения следов местной коррозии;

2) в случае отсутствия местной коррозии проводилась коли­чественная проверка равномерной коррозии;

3) проверка коррозионной стойкости на штатном узле трубо­провода, участки которого соединены фланцами и кольцами с по­верхностью, наплавленной бронзой Бр. КМцЗ-1 двойной незави­симой дугой.

Для проведения коррозионных испытаний были наплавлены двойной независимой дугой и плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой кольца. Режимы наплавки были выбраны так, чтобы содержание железа в металле наплавки составляло от 0,52 до 3%. Наплавка производилась проволокой из бронзы Бр. КМцЗ-1 02 мм на модернизированном для этих целей авто­мате СКС-1 иг на специально изготовленном автомате для наплавки фланцев и колец. Из наплавленных колец изготовлялись диски путем снятия стружки со стороны стали до металла наплавки и обработки наплавленной поверхности.

Для проведения коррозионных испытаний была изготовлена установка, состоящая из бака с синтетической морской водой со­става: вода +3% поваренной соли. Вал установки горизонталь­ный (для возможности установки дисков), он соединен с мотором, обеспечивающим скорость вращения вала 1450 об/мин. Образцы для коррозионных испытаний, предварительно взвешенные, уста­навливались на вал коррозионной установки и изолировались один от другого резиновыми или деревянными прокладками. Синтетической морской воды наливалось столько, чтобы половина диска находилась в воде, а вторая половина соприкасалась с воз­духом. Благодаря большому числу оборотов диска верхняя его половина покрыта тонкой пленкой увлеченной аэрированной воды и находится в «пене», заполняющей полностью всю не занятую водой часть установки. В результате отдельные участки дисков попеременно находятся то в воде, то в среде, интенсивно насыщен­ной воздухом, благодаря чему агрессивность среды возрастает. По истечении срока вращения образцы были сняты, очищены от продуктов коррозии и взвешены.

Следует отметить, что одновременно с дисками из металла на­плавки были изготовлены и прошли такое же испытание диски из чистой меди и сплава МНЖ5-1. Коррозионная стойкость дисков оценивалась по шкале для меди и ее сплавов в соответствии с ГОСТом 5272—50. Результаты коррозионных испытаний приведены в табл. 16, в которой площадь контактирования вычислена без учета площади торцевой поверхности дисков.

Для получения показателя коррозии (в мм/год) произведен перерасчет по следующей формуле [40]:

п — 8’76К

где П — проницаемость в мм/год

К — потери веса металла в г/м2-ч у :— удельный вес испытуемого металла в г/см3.

В табл. 16 приведены результаты расчетов потерь в весе при испытаниях как с учетом только времени вращения дисков, так и с учетом суммарного времени нахождения дисков в синтетической морской воде (т. е. как при вращении, так и в спокойном состоя­нии).

Анализ результатов коррозионных испытаний, приведенных в табл. 16, показывает, что диски можно отнести к разряду стойких. Результаты испытаний можно признать вполне удовлетворитель­ными, если сравнить со скоростью коррозии диска из чистой меди. Для сравнения можно привести результаты коррозионных испытаний меди и ее сплавов по данным В. Н. Дятловой: скорость коррозии меди составляет 0,0055 г/м2-ч или 0,006 мм/год при испытании в неподвижной дистиллированной воде при 20° С, 0,015 г/м2-ч (0,014 мм/год) при испытании в дистиллированной водопроводной воде, 0,02 г/м2-ч при испытании в синтетической морской воде при температуре 20° С в течение 720 ч и 0,04 г/м2-ч при испытаниях в синтетической морской воде при температуре 40° С в течение 720 ч скорость коррозии кремнистой бронзы со­ставляет 0,05 г/м2-ч. и латуни соответственно 0,03 г/м2-ч.

Часть дисков испытывалась 550 ч с вращением на. валу уста­новки и 1980 ч находилась в спокойной синтетической воде. После

окончания испытания диски были тщательно осмотрены. Следы коррозии были обнаружены только на двух дисках в порах, имев­шихся ранее на поверхности металла наплавки. Было проведено и металлографическое исследование металла наплавки после кор­розионных испытаний. Никаких изменений в структуре металла наплавки не обнаружено.

Для натурных испытаний были изготовлены штатные трубо­проводы из медных труб, соединенных между собой фланцами и кольцами с поверхностью, наплавленной бронзой Бр. К.МцЗ-1 двойной независимой дугой в среде азота. Скорость движения морской воды в трубопроводе 2 м/сек. Состав морской воды — 1800 мг хлоридов в 1 л воды. Один трубопровод с наплавленными фланцами непрерывно находился на испытании 1752 ч, другой — 4500 ч. После испытаний следов коррозии на фланцах не обна­ружено.

Таким образом, результаты испытаний показали высокую кор­розионную стойкость металла наплавки бронзы Бр. КМцЗ-1 на сталь даже при содержании в металле наплавки до 1,5—2% же­леза, но находящегося в виде пересыщенного твердого раствора или в виде мелкодисперсных частиц.

Подготовка к работе

На сегодняшний день сварка бронзы, как и прочих сплавов, содержащих медь, осуществляется тремя способами: ручная дуговая сварка, аргонодуговая сварка и газовая сварка. Подготовительные работы определены для каждого вида работ и не зависят от выбора способа сварки. Необходимость подготовки металлических поверхностей продиктована требованиями к сварочному шву.

Первым делом путем механической обработки необходимо сформировать кромки, которые будут прилегать друг к другу максимальной площадью. Затем наждачной бумагой или любым инструментом с абразивом придется отполировать торцы до появления характерного золотистого блеска. Данную процедуру нужно выполнять в любом случае, так как бронза быстро покрывается слоем окисла, который может препятствовать формированию качественного шва.

Если нет возможности провести механическую обработку, а кромки находятся в нормальном состоянии, то избавиться от окисла можно с помощью раствора азотной или соляной кислоты.

Ручная дуговая сварка

Сварка бронзы чаще всего необходима при проведении ремонтных работ, исправлении брака или при наплавке. Можно применять предварительный подогрев детали до 350-450°C градусов, однако следует помнить, что при высокой температуре прочность бронзы снижается. Ручная дуговая сварка ведется в нижнем положении. В качестве расходного материала применяются металлические или угольные электроды.

• При использовании металлического электрода выставляется постоянный сварочный ток обратной полярности.
• Угольные электроды требуют прямой полярности.

Возможна сварка и переменным током, однако для стабильной дуги сила тока должна быть существенно выше. Если при постоянном токе она выбирается исходя из расчета 40 А на 1 мм (диаметр электрода), то для переменного тока показатель возрастает до 80 А. Шов накладывается непрерывно, без поперечных движений электрода.

Диффузионная сварка

Диффузионная сварка – процесс производства неразъемного сварного соединения за счет диффузии ( внедрения) атомов одного металла (обычно более мягкого) в кристаллическую решетку другого (более твердого). Таким образом, можно получать прочные неразъемные соединения разнородных металлов (биметалл), а так же неметаллов (например, керамика со стеклом).
Способ был выдуман в 53-м Н.Ф. Казаковым и широко используется до сих пор в частности при производстве гидромоторов авиационной техники. Возможно использование и в других направлениях, в особенности там, где необходимо получить прецизионные пары трения, а детали и узлы собраны с применением антифрикционных материалов и работают на высоких оборотах. В качестве примера такой пары можно привести соединение оловяно-свинцово-никелевой бронзы БрОСН-10-2-3 со сталью 30Х3ВА – оно используется в блоке цилиндров авиационного плунжерного насоса.

Аргонодуговая

Данный тип сварки принципиально схож с ручной дуговой сваркой. Отличие заключается лишь в том, что процесс происходит в среде защитного газа. Аргон тяжелее воздуха, поэтому он образует защитную зону, через которую к сварочной ванне не поступает атмосферный кислород. Аргонодуговая сварка может осуществляться неплавящимися вольфрамовыми электродами или плавящимися электродами, роль которых выполняют прутки.

Именно аргонодуговая сварка наиболее часто применяется при работе с бронзой и латунью. В особенности такое предпочтение отдается при толщине металла, превышающей 5 мм. Производительность сварки достаточно высокая, однако сам процесс требует от сварщика наличия определенной квалификации. Электрическая дуга, образованная между поверхностью металла и электродом, частично расплавляет кромки, после чего происходит соединение с образованием шва. Как было уже сказано выше, требуется предварительная подготовка кромок.

Существует ряд рекомендаций, позволяющий получить высококачественное соединение деталей из сплавов меди.

• Шов желательно формировать небольшими участками.
• При финализации процесса постепенно понижается напряжение, а затем дуга уводится в сторону.
• Для предотвращения испарения легирующих элементов применяют специальные присадки, содержащие кремний, алюминий или бор.

Сварка бронзы и латуни сопровождается выделением токсичный веществ, поэтому осуществляется с соблюдением всевозможных мер безопасности. Аргоновая сварка имеет ряд преимуществ перед остальными типами соединения.

• Получение эстетичного шва.
• Экономичность процесса.
• Не нужно очищать деталь от шлака.
• Для бронзы аргоновая сварка является наиболее предпочтительной.
• Аргоновой сваркой можно наплавлять детали, восстанавливая их прежнюю форму (например, при износе).
• Имеется возможность работать с тонколистовым металлом.

Технология сварки титана

Титановые сплавы – это относительно новые конструкционные материалы. Благодаря своим ценным свойствам они получили широкое применение в химическом машиностроении, судостроении, ракетостроении, авиационной промышленности и прочих отраслях производства. Основное преимущество таких сплавов заключается в уникальном сочетании коррозионной стойкости с малой плотностью (4,5 г/см3) и высокими механическими характеристиками.

К уникальным свойствам титана относятся: высокая прочность, высокая устойчивость к коррозии в различных агрессивных средах, высокая температура плавления (+1665 °C), малая плотность.

Низкая теплопроводность и высокое электрическое сопротивление этого материала позволяют затрачивать на его сварку гораздо меньше электроэнергии, чем на сварку цветных металлов другого типа. К тому же, титан маломагнитен. А значит, в работе с ним влияние магнитного дутья снижается.

Главная трудность при работе с титаном и его сплавами заключается в повышенной химической активности материала к водороду, азоту и кислороду при больших температурах. Чтобы получить качественные соединения, следует обеспечить хорошую защиту от взаимодействия с атмосферой как сварочной ванны, так и всего участка цветного металла, нагретого до более +500 °C.

Кромки необходимо подготовить к свариванию посредством травления специальным раствором, содержащим 600 см3 воды, 350 см3 соляной кислоты и 50 см3 плавиковой кислоты. Можно также обработать их механическим способом до металлического блеска, а затем обезжирить.

Сварка всегда выполняется под флюсом, ручным и механизированным методами, в защитных газах, титановой проволокой и неплавящимся электродом.

Ручную аргонодуговую сварку цветного металла вольфрамовым электродом следует осуществлять постоянным током прямой полярности. При толщине участка детали 0,5–4 мм сила сварочного тока должна достигать 40–170 А, дуга – 1-2 мм, вылет вольфрамового электрода – 6–8 мм. При этом расход аргона составит примерно 20–25 л/мин. Для автоматического сваривания в аргоне используется титановая проволока диаметром 1,5–3 мм.

Выполняя сварку под флюсом, следует обеспечить защиту обратной стороны шва с помощью хорошо подогнанных медных или стальных подкладок. Также допускается применение оставшихся титановых подкладок.

Для работы с титаном подходят бескислородные фторидно-хлоридные флюсы марки «АН-Т» разного назначения. При этом высота слоя флюса должна быть не меньше вылета электрода, а вылет электродной проволоки не должен превышать 20–25 мм. После охлаждения цветного металла ниже +400 °C удаляется шлаковая корка.

Газовая

Газовая сварка медных сплавов используется преимущественна для того, чтобы максимально снизить угар легирующих элементов. Сварочное пламя настраивается так, чтобы отчетливо выделялись три зоны. Поверхность металла должна находиться на границе второй и третьей зоны. Работа с кремнистой бронзой требует наличия окислительного пламени. Оно получается при горении смеси кислорода и ацетилена, если соотношение первого газа ко второму составляет 1,2. Бронза, содержащая алюминий, при сварке доставляет немало проблем, так как образуется пленка из оксида алюминия, сгущающая содержимое сварочной ванны.

При отсутствии предварительной и последующей термообработки шва качество и прочность соединения, полученного при помощи газовой сварки составляет 85% от прочности основного метала. Хороший результат можно получить только после проковки шва. Газовая сварка требует от мастера большого опыта. При низкой скорости ведения горелки в металле могут образовываться поры. Необходимо правильно подобрать мощность горелки, состав газа, исходя из типа бронзы и толщины заготовки.

Особенности сварочных работ со сплавами меди

Латунь часто сравнивают с бронзами. Ведь бронзы – это тоже сплавы, в которых присутствует медь, а в качестве второго основного компонента может выступать алюминий, кремний, свинец, бериллий и так далее.

Теплопроводность меди в 6 раз больше, чем железа. И поэтому технология сварки сплавов из меди имеет серьёзные отличия от технологии сварки стальных и железных изделий

Важно также отметить, что вещи из латуни или бронзы зачастую имеют декоративную ценность. А значит, при сварке нужно использовать тот режим, который позволит получить идеально гладкий шов и придать долговечность соединению.

Все сплавы с медью имеют определённые общие черты, но при этом у каждого из них есть и свои уникальные свойства. Например, особое значение для работы с латунью имеет тот факт, что в ней присутствует цинк.

Именно этот элемент из таблицы Менделеева делает сварку латуни столь непростой. Есть несколько трудностей, с которыми мастера сталкиваются при этом процессе:

• газы поглощаются расплавленным металлом (происходит окисление цинка и возникновение водородных пузырьков в сварном шве);
• на латуни при перегреве легко образуются поры и трещинки;
• из сплава начинает выгорать цинк, так как он имеет меньшую точку кипения, чем медь.

Чтобы бороться со всеми трудностями при сварке, используют защитную среду аргона. Применяют и другие виды сварок, не забывая о подготовке материала и строгом соблюдении технологии процесса.

Подготовка

Сегодня на практике при работе с бронзой и латунью применяют электродуговую, газопламенную и аргоновую сварку. Но вне зависимости от того, какая именно технология была выбрана, необходимо тщательно подготовить металлические поверхности, которые предполагается сваривать.

Для этого по краям заготовок следует вырезать специальные сварочные кромки, а будущее место шва отполировать до появления блеска с помощью наждачки и напильника.

На латунных поверхностях нередко образуются окислы, от которых тоже нужно избавиться. Это можно сделать, воспользовавшись раствором соляной или азотной кислоты. Причём такую очистку следует осуществлять строго перед началом сварочных работ.

Электродуговая

Для стандартной электродуговой сварки лучше всего использовать электроды из латунной проволоки (причём доля цинка в этой проволоке должна составлять 40%) с включениями алюминия, железа, свинца, марганца.
Через эти электроды при включении аппарата должен проходить постоянный электроток, обладающий прямой полярностью. В данном случае сварка проводится короткой дугой из положения снизу.

Дуга должна поддерживаться силой тока в 250 ампер для электродов длиною в 5 мм. В таком случае быстрота укладки шва может достигать 30 см в минуту.

По окончании основной операции сварочный шов следует дополнительно проковать и разогреть до температуры в диапазоне от 600 до 650 °C. Это придаст соединению большую прочность.

Газовая

Безусловно, варить поверхности изделий из латуни можно и газовым аппаратом. Но в этом случае работу надо осуществлять с максимальной скоростью. Если горелка будет двигаться медленно, то в шве будут образовываться поры – это опять же связано с особенностями плавления цинка. В конечном счёте, скорость работы должна быть равна примерно 25 см в минуту.

Сварку газовым аппаратом нужно выполнять без поперечных колебаний, иначе изделие из латуни начнёт расплавляться. Горелку специалисты советуют держать под прямым углом к поверхности изделия. А присадочную проволоку необходимо во время процесса располагать под углом примерно в 30 градусов к свариваемым кромкам.

Как осуществляется сварка меди со сталью?

На деле это довольно сложная задача. Но хороший сварщик с такой задачей все же справится. Используются такие соединения при производстве деталей химической аппаратуры. Один из встречающихся вариантов — это присоединение медного провода к стальной колодке. Показатели качества сварки таких соединений вполне достаточны для своей задачи. Для повышения прочностных характеристик медных изделий в состав вводят до 2% железа. Применять больший объем не рекомендуется, так как прочность начнет снижаться.

Для сварочных работ с помощью графитовых электродов применяется постоянный ток прямой полярности. При этом длина дуги электричества должна быть в пределах от 14 до 20 миллиметров, а напряжение от 40 до 55 вольт. Ток выбирают в зависимости от качества электрода и его диаметра. Обычно он бывает в пределах 300-550 ампер. Флюсы используются точно такие же, как для работы с медью. Их состав можно посмотреть на этой странице. Флюс следует засыпать между разделочными кромками в зону сварки.

Начинать сваривать следует слева. Самый лучший результат достигается при обработке «лодочкой». Осуществляется процесс следующим образом:

• Сначала следует нагреть кромки медного изделия угольным электродом.
• Затем происходит соединение частей в определенном положении присадочного прутка и электрода. Пруток должен быть наклонен против движения под углом 30-40 градусов к металлу. Электрод должен быть наклонен в направлении сварки под углом в 75-85 градусом.

Скорость сварки должна быть 25 сантиметров в час. Соединение меди и чугуна происходит таким же способом.

Для приваривания бронзы с низким содержанием легирующих элементов и толщиной до 1,5 миллиметра к стали до 2,5 миллиметров используется соединение внахлест. При этом используются неплавящиеся электроды из вольфрама и присадочная проволока 1.8 миллиметра. Она подается со стороны. Сама сварка осуществляется в среде аргона в автоматическом режиме. Обработка должна происходить со стороны медного элемента. Сила тока должна при этом составлять 190 ампер, скорость подачи проволоки 70 метров в час, а скорость сварки 28.5 метров в час. При этом напряжение электрической дуги должно быть 11.5 вольт.

Для присоединения меди или латуни к стальной заготовке применяется стыковая сварка с оплавлением. Этот способ позволяет добиться разной степени оплавления кромок, при этом цветные металлы плавятся меньше. Исходя из этого делают вылеты, равные:

• 3.5 d для стали,
• 1.5 d для латуни,
• 1.0 d для меди.

В среде аргона

Сварка латуни аргоном – самый качественный и популярный вариант на сегодня. Причём это справедливо не только для латуни, но и для иных медных сплавов.
Данный метод представляет собой ту же дуговую сварку, но в среде инертного газа аргона. И здесь возможно применение как плавящихся, так и неплавящихся электродов.

В качестве материала для неплавящихся электродов, как правило, используется вольфрам. А хорошим присадочным материалом в большинстве случаев могут стать бронзовые прутки марки БрКМц-3-1.

Однако если сплав латуни очень сложен, то следует использовать присадочную проволоку из того же материала, что и само обрабатываемое металлическое изделие.

Сварка бронзы или латуни аргоновым аппаратом выполняется в один слой. И при этом варить нужно не цельным швом, а небольшими отдельными участками (валиками).

Сваривание латунных конструкций

Сварка латуни в домашних условиях – это довольно сложная процедура, так как в состав латуни входит цинк, который при нагревании испаряется, в результате чего изделие теряет первоначальную прочность.

Сама латунь представляет собой сплав с цинком. Технология соединения деталей, изготовленных из латуни, считается сложной из-за испарения цинка при высоких температурах, данный химический элемент мгновенно окисляется, в результате чего формируется ядовитая тугоплавкая окись. Поэтому сварка латунных образцов должна производиться в специально оборудованных местах, оснащенных вытяжкой, сварщики должны работать в респираторах.

Основные требования, предъявляемые при сварке латуни

• Чистота процесса при использовании аргонно-дуговой сварки. Перед началом работ изделия тщательно зачищаются до характерного металлического блеска поверхности.
• На поверхности свариваемых деталей не должно быть окислов, при наличии которых их обязательно нужно убрать. Для этого используется азотная кислота. После выполнения такой очистки изделие промывается в горячей воде, затем сушится.

При выполнении сваривания деталей аргоном ощущается характерный непрерывный треск, а сварочная дуга имеет удивительный цвет. Это все из-за наличия в сплаве цинка. Латунь в процессе соединения не прогорает, не отлетает отдельными кусками, так как она плавится. Опытные сварщики советуют варить латунь отдельными участками, не расплавлять ее сплошным слоем. При сплошном расплавлении материала существует вероятность прожигания металла.

Если необходимо заварить кратер, тогда рекомендуется постепенно уменьшать напряжение сварки, повышать длину дуги с отведением впоследствии ее в сторону от обрабатываемого изделия. В процессе такого соединения шов заполняется в полном объеме, поджаривание цинка приводит к его испарению, в результате чего в металле образуются дефекты. Чтобы уменьшить испарение данного химического элемента, необходимо увеличить в пламени наличие кислорода, использовать присадочные материалы, легированные бором, алюминием, кремнием.

Совет! При выполнении соединения деталей из латуни осуществляйте сварочные работы на улице, не пренебрегайте требований безопасности!

Источник: electrod.biz

В домашних условиях

Дома проще всего воспользоваться имеющейся в наличии или позаимствованной у кого-то паяльной лампой и оловянным припоем. А в качестве флюса, то есть материала, отделяющего зону сварки от атмосферного воздуха, можно использовать дешёвый и доступный борат натрия. Иногда для пайки латуни готовят специальные припои из меди и серебра.
Если предстоит сварка латуни в бытовых домашних условиях электродуговым методом, нужно подумать о средствах защиты и строгих мерах предосторожности. Пары цинка представляют действительно серьёзную опасность для здоровья людей – они ядовиты.

Следовательно, производить сваривание латуни обязательно нужно в защитной маске, перчатках и респираторе. По этой же причине данный процесс лучше выполнять на улице или в помещениях с достаточно мощными вытяжками.

Не слишком опытным мастерам будет полезен дополнительный совет. Сначала желательно потренироваться на ненужном куске латуни подходящих размеров. Только набив руку и установив правильные настройки аппарата, можно браться за настоящую работу.

Тем, кто хочет быстро соединить два металлических объекта, стоит знать о том, что такое холодная сварка. Хотя это название не совсем корректное. Условно говоря, удар кувалдой по двум металлическим пластинам, в результате которого можно получить единое изделие (и именно так поступали в древности) тоже можно считать холодной сваркой.

Но в наши дни так называют соединение двух металлических частей благодаря специальным составам, а также сами эти составы. Их можно купить практически в любом специализированном магазине, они позволяют соединять, ремонтировать и герметизировать изделия из латуни и бронзы.

Способ применения крайне прост: нужно размешать состав холодной сварки, пока не получится однородная масса. Потом следует нанести эту смесь на обе поверхности, которые необходимо соединить, и плотно прижать их друг к другу на несколько секунд.

Фактически холодная сварка – это клей для металлов, и иногда такой клей действительно способен решить соответствующие проблемы в домашних условиях. С другой стороны, бывают ситуации, когда без настоящей сварки не обойтись.

Технология газовой сварки меди

Газовая сварка меди в домашних условиях является самой распространенной технологией, применяемой в бытовых условиях. Получаемый сварочный шов по данной методике отличается высокой прочностью. Именно благодаря этому параметру газовая сварка пользуется большим спросом у домашних мастеров. Для выполнения соединения медных изделий на дому необходимо иметь под рукой:

• Сварочный аппарат
• Газовые горелки
• Баллоны с газом (ацетилен)
• Проволока из меди
• асбест

Некоторые советы опытных сварщиков

• Если толщина изделия из меди не больше 1 см, соединение можно производить одной горелкой.
• При толщине медного образца более 1 см уже нужно использовать сразу две горелки, вторая будет служить для подогрева.
• Чтобы снизить в данном случае отток тепловой энергии, дополнительно понадобятся асбестовые листы.
• Рекомендуется при сваривании медных изделий использовать электротехническую проволоку из меди, предварительно очищенную лакокрасочных изоляционных покрытий.
• Зачистка обязательно проводится и свариваемых краев изделий. Этим условием не стоит пренебрегать, так как от него зависит возможность образования закиси меди.

Все необходимые условия предварительной подготовки к сварочным работам выполнены. Значит можно приступать непосредственно к соединению подготовленных медных изделий.

Рекомендации

• Нагретые участки соединения, которые расположены вблизи друг к другу, нужно стараться не перегревать.
• Пламя концентрированное необходимо направлять перпендикулярно шву непосредственно на край проволоки.
• Проволока должна расплавляться раньше краев изделия. Процесс варения продолжается до тех пор, пока не сформируется весь шов до конца.
• Необходимо помнить, что приостановка незаконченного соединения способна привести к перегреванию некоторых участков изделия, соответственно закиси меди, формированию трещин.
• Законченный сварной шов обязательно проковывается.
• Для небольшой толщины изделий проволоку нужно вести холодной.
• Если толщина изделия составляет больше 0,5 см, тогда проволока должна быть разогрета до температуры 200 градусов. Допускается и большая температура, но не более 500 градусов, так как будет образовываться зернистость металла, который впоследствии станет довольно хрупким.
• Сварной, прокованный шов необходимо довести до температуры 500 градусов и мгновенно охладить.

На этом можно считать соединение медных деталей завершенным.