Как выполняется сварка бронзы, какие существуют методики

27.12.2019 Автор: VT-METALL

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Почему подходит именно аргон для сварки алюминия
• Подготовительные процедуры перед сваркой алюминия аргоном
• Технологию аргонной сварки алюминия
• Как проводится проверка качества сварки алюминия аргоном

Аргонная сварка алюминия – единственный способ получить прочное соединение, которое отвечает всем предъявляемым требованиям. Проблема сварки алюминия в том, что на его поверхности находится инертная оксидная пленка, достаточно прочная, чтобы сделать неэффективными другие способы сварки.

Однако недостаточно просто выбрать аргоновую сварку как метод. Необходимо также правильно подобрать расходные материалы и настроить само оборудование. О том, как получить крепкие швы, не требующие обработки, какие есть способы проверки соединений, читайте в нашей статье.

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.

Мнение эксперта

Багров Виктор Сергеевич

Сварщик высшего 6-го разряда. Считается мастером своего дела, знает тонкости и нюансы профессии.

Необходимо строго соблюдать технологию сварки. Несоблюдение параметров приводит к появлению трещин и прочих дефектов.

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.

Виды применяемых горючих газов

Баллон
Газовая сварка цветных металлов и углеродистых сталей чаще всего осуществляется с использованием ацетилена. Это объясняется высокой температурой пламени и хорошей теплотой сгорания. Ацетилен представляет собой газ с характерным запахом, который придают присутствующие в нем примеси фтористого водорода и сероводорода. При нагревании до 500 градусов и при определенных концентрациях в смесях с кислородом и воздухом ацетилен становится взрывоопасным. Образование ацетилена происходит в результате реакции карбида кальция с водой. Сам карбид кальция образуется в результате сплавления обожженной извести и кокса.

В качестве горючих могут использоваться нефтяной и пиролизный газы. Они представляют собой газовые смеси, образующиеся при термическом разложении нефти и ее продуктов. Применяются для сваривания, резки и пайки стальных деталей толщиной, не превышающей 3 мм, и для сварки цветных металлов и их сплавов. Природный газ является продуктом разработки газовых месторождений и на 93-99% состоит из метана.

Баллон

Технический пропан и пропан-бутановая смесь являются побочными продуктами при добыче и переработке нефти и естественных нефтяных газов. Их применяют при сваривании деталей толщиной до 6 мм, в отдельных случаях — до 12 мм. С помощью этих газов можно сваривать и паять чугун, цветные металлы и сплавы, осуществлять кислородную и кислородно-флюсовую резку, наплавку, напыление пластмасс.

Сваривание металла в домашних условиях с помощью водорода стала возможна благодаря разработке специальных электролизеров, которые могут работать и от домашней двухфазной, и от трехфазной сети. В этих аппаратах вода разлагается на кислород и водород, причем, в нужных для сварочного процесса пропорциях. Размерный ряд выпускаемых электролизеров позволяет охватить практически все виды газовой сварки, пайки, наплавки, порошкового напыления, ручной и машинной кислородной резки. Аппараты разной мощности позволяют производить как микросварку и микропайку, так и резку листовой стали толщиной порядка 300 мм.

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.

Основы теоретической подготовки специалистов по газовой сварке

Для студентов, изучающих курс «Технология газовой сварки», реферат можно подготовить, используя следующую литературу:

1. Глизманенко Д. А. «Газовая сварка и резка металлов»;
2. Багрянский К. В. «Теория сварочных процессов»;
3. Геворкян В. Г. «Основы сварочного дела».

По курсу «Газовая сварка» реферат должен отразить следующие основные моменты:

• назначение, преимущества и недостатки данного вид создания неразъемных соединений;
• необходимые для сварочного процесса материалы;
• используемое оборудование и аппаратуру;
• основные технологические моменты газосварки.

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.

Литые детали из бронзы после сварки следует отжигать при температуре 500°C градусов. Прокат проковывается без разогрева. Фосфористая бронза подлежит дуговой сварке, но использовать рекомендуется электроды, в состав которых входит олово, фосфор и медь. Электроды для оловянной бронзы содержат цинк, олово, свинец, фосфор, никель, железо и медь. Алюминиевая бронза сваривается медными прутками, в которых присутствует алюминий, марганец и железо. Наплавка бронзы осуществляется бронзовыми электродами ОСЦ-5-3-20 или АЖ-9-4.

Проверка качества сварки алюминия аргоном

Изделия и конструкции из алюминия и сплавов с ним используются в машиностроении. Это трубопроводы, резервуары, емкости и пр. Их надежность и долговечность определяется качеством сварных швов.

Основными методами контроля сварных соединений алюминиевых изделий являются дефектоскопия ультразвуком, рентгено- и гамма-графирование, визуальный осмотр и измерение, гидравлические испытания гелиевым искателем течей.

Обязательно проверяются механические свойства сварных швов, созданных с аргоном, проводят металлографию – проверку состава и структуры соединения (в случае выполнения работ, технологически предусматривающих термический контроль сварки аргоном).

Проведение контроля доверяют работникам ОТК производителя алюминиевых конструкций, иногда проверку проводят при участии представителей заказчика, поскольку аргонная сварка алюминия, цена которой не считается высокой, является в то же время очень ответственной.

Методы, параметры и объемы работ по контролю устанавливаются на каждую группу изделий, тип конструкции, а иногда и на конкретную продукцию, в соответствии с «Правилами контроля» или техническими условиями.

Существуют определенные особенности в проведении контроля изделий из алюминия и его сплавов, поскольку материал склонен к образованию пор внутри соединения, выполненного с аргоном. Помимо пор, в шве могут образовываться и несплавления, возникающие между кромками и швом, а также между валиками. Поиски несплавлений затруднены, поскольку их невозможно обнаружить рентгено- и гамма-графированием. Специалисты используют для этой цели ультразвук, делая дефектоскопию.

Несплавление в корне шва – достаточно частый дефект, возникающий во время работы неплавящимся электродом при сквозной проплавке, когда корень шва создается на неостающейся подкладке. Корень шва, при невозможности получить доступ к подварке, следует делать под защитой нейтрального газа. А непосредственно перед сваркой аргоном необходимо проводить шабрение кромок, чтобы убрать окисную пленку.

При проведении многослойной обработки металла поры в нижних слоях могут переплавляться в процессе наложения верхних валиков! Именно поэтому пористость не учитывается в процессе промежуточного просвечивания изделия.

Контрольную процедуру внешнего осмотра проходят все сварные соединения, кроме швов, имеющих внешние дефекты – наплывы, свищи начала шва, трещины, кратеры, не прошедшие заваривание и их выводы на основной металл, цепи пор и сплошные сетки, непровары и подрезы.

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.

Преимущества аргонодуговой сварки деталей из латуни

Аргонодуговая сварка изделий из латуни, осуществляемая неплавящимися электродами, совершенно не случайно пользуется такой высокой популярностью. Преимущества данного технологического процесса заключаются в следующем.

• Для сварки латуни в среде аргона не требуются ни электроды со специальным покрытием, которые отличаются достаточно высокой стоимостью, ни флюс.
• Данная технология соединения деталей, выполненных из латуни, является одной из самых чистых с экологической точки зрения.
• Аргонная сварка отличается высокой скоростью выполнения.
• Сварные швы, полученные при сварке аргоном, отличаются высокими эстетическими характеристиками.
• На сварных швах, выполненных по данной методике, отсутствует шлаковая корка, которую необходимо очищать.
• Кромки соединяемых латунных деталей за счет использования инертного газа надежно защищены от образования оксидных и нитридных корок.
• Струя аргона, подаваемая в зону выполнения сварки, выдувает все отходы технологического процесса.
• Данный способ сварки является универсальным: его можно использовать для соединения как мелких, так и габаритных изделий из латуни, выполнять их восстановление методом наплавки.

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.

Характеристики алюминиевых сплавов

Основным отличием различных серий является легирующий элемент или элементы, которые, в свою очередь, влияют на многие характеристики серии.

1ххх. Эта серия не подвергается термической обработке и имеет предел прочности на разрыв от 10 000 фунтов на квадратный дюйм (PSI) до 27 000 PSI. Они поддаются сварке, но из-за их узкого диапазона плавления для получения приемлемых сварных швов необходимы специальные процедуры сварки. Их превосходная коррозионная стойкость делает их пригодными для использования в специализированных химических резервуарах и трубопроводах; их превосходная электропроводность делает их пригодными для применения в сборных шинах. Они обладают относительно низкими механическими свойствами и редко используются для общих структурных применений. Эти основные сплавы часто свариваются с подходящим присадочным материалом или с присадочными сплавами 4xxx, в зависимости от области применения и требований к характеристикам.

2ххх. Эта серия поддается термообработке; предел прочности при растяжении составляет от 27000 до 62000 фунтов на квадратный дюйм. В них содержание меди от 0,7 до 6,8 процента. Это высокопрочные сплавы с высокими характеристиками, часто используемые в аэрокосмической и авиационной промышленности. Они обладают отличной прочностью в широком диапазоне температур.

Некоторые из них считаются несвариваемыми с помощью процессов дуговой сварки из-за их склонности к горячему растрескиванию и коррозионному растрескиванию под напряжением; другие успешно свариваются дуговой сваркой с соблюдением правильных процедур сварки. Эти основные материалы часто можно сваривать с использованием высокопрочных присадочных сплавов серии 2ххх, соответствующих их характеристикам, но в некоторых случаях их можно сваривать с присадочными материалами серии 4ххх, содержащими кремний или комбинацию кремния и меди, в зависимости от области применения и требований к обслуживанию.

3ххх. Это нетермообрабатываемые сплавы с пределом прочности на разрыв от 16 000 до 41 000 фунтов на квадратный дюйм. Основным легирующим элементом является марганец, содержание которого колеблется от 0,05 до 1,8 процента. Они обладают средней прочностью, хорошей коррозионной стойкостью, хорошей формуемостью и подходят для использования при повышенных температурах. Одним из первых их применений были кастрюли и сковороды, и сегодня они являются основным компонентом теплообменников в транспортных средствах и электростанциях. Их умеренная прочность обычно делает их непригодными для использования в строительстве. Эти базовые сплавы свариваются с присадочными сплавами серий 1ххх, 4ххх и 5ххх, в зависимости от их специфического химического состава и конкретных требований к применению и обслуживанию.

4ххх. В эту серию входят как термически обрабатываемые, так и нетермообрабатываемые сплавы. Предел прочности на разрыв варьируется от 25000 до 55000 фунтов на квадратный дюйм. В них есть кремний в количестве от 0,6 до 21,5 процента. Кремний снижает температуру плавления и улучшает текучесть при расплавлении. Эти характеристики желательны для присадочных материалов, используемых для сварки плавлением и пайки; следовательно, эта серия сплавов преимущественно используется в качестве присадочного материала. Кремний сам по себе делает алюминий нетермообрабатываемым; однако добавление магния или меди приводит к термообработке сплава. Обычно эти термически обрабатываемые присадочные сплавы используются только тогда, когда свариваемый компонент должен подвергаться термообработке после сварки.

Присадочный материал 4943 может обеспечить сварной шов с повышенным пределом прочности на растяжение и сдвиг примерно на 25% в исходном состоянии.

5ххх. Эта серия без термической обработки имеет предел прочности на разрыв от 18 000 до 51 000 фунтов на квадратный дюйм. В них добавка магния от 0,2 до 6,2 процента. Они обладают самой высокой прочностью среди нетермообрабатываемых сплавов. Кроме того, эти сплавы легко свариваются и поэтому используются в различных областях, таких как судостроение, транспорт, сосуды высокого давления, мосты и здания. Основные сплавы с содержанием магния менее примерно 2,5 процентов часто успешно свариваются с присадочными сплавами серии 5ххх или 4ххх. Базовый сплав 5052 обычно считается основным сплавом с максимальным содержанием магния, который можно сваривать с присадочным сплавом серии 4ххх. Из-за проблем, связанных с эвтектическим плавлением и, как следствие, плохими механическими свойствами после сварки, материалы этой серии, относящиеся к верхнему пределу шкалы магния, не следует сваривать с присадочными материалами серии 4ххх; Для этих металлов подходят присадочные сплавы 5ххх, которые обычно соответствуют составу основного сплава.

6ххх. Эти термически обрабатываемые металлы имеют предел прочности на разрыв от 18 000 до 58 000 фунтов на квадратный дюйм. Они содержат небольшое количество магния и кремния — около 1,0 процента. Они широко используются в сварочной промышленности, преимущественно в виде профилей, и включены во многие структурные компоненты. Термическая обработка раствора повышает их прочность. Эти сплавы чувствительны к образованию трещин при затвердевании, и по этой причине их нельзя подвергать автогенной дуговой сварке (без присадочного материала). Присадочный металл разбавляет основной материал, предотвращая тем самым образование горячих трещин. Они свариваются с присадочными материалами 4ххх и 5ххх, в зависимости от области применения и требований к эксплуатации.

7ххх. Эти термически обрабатываемые сплавы имеют предел прочности на разрыв от 32000 до 88000 фунтов на квадратный дюйм. Основным легирующим элементом является цинк в количестве от 0,8 до 12,0%. Они состоят из одних из самых прочных алюминиевых сплавов и часто используются в высокопроизводительных приложениях, таких как самолет, аэрокосмическая промышленность и спортивное оборудование. Как и сплавы 2xxx, в эту серию входят некоторые сплавы, которые считаются непригодными для дуговой сварки, а другие часто успешно свариваются. Обычно свариваемые сплавы этой серии, такие как 7005, свариваются преимущественно с присадочными сплавами серии 5ххх.

Знаете ли вы, что алюминий составляет 8 процентов земной коры? Эта материальная часть не только является той самой почвой, на которой мы стоим, но также составляет многие вещи, которые окружают нас в нашей повседневной жизни.

Среди множества преимуществ алюминий имеет формуемость, прочность, коррозионную стойкость, легкий вес, прочность, эластичность и свойства поглощения энергии. Например, при производстве полуприцепов — в приложении, в котором важен легкий вес — изготовление различных деталей из алюминия, а не из мягкой стали, может значительно снизить вес, например, на 1000 фунтов. для боковой стенки 187 фунтов. для задней двери, 60 фунтов. для крыши кабины и 30 фунтов. на колесо.

Однако этот материал не лишен проблем, когда дело касается сварки. Из-за низкой температуры плавления и высокой теплопроводности алюминия необходимо проявлять особую осторожность, чтобы предотвратить прожог тонких калибров и обеспечить адекватное плавление или проплавление на более толстых калибрах.

Когда в применении требуется алюминий, обычно выбирают базовый материал серии 6XXX из-за его универсальности для многих приложений. Один конкретный сплав, 6061-T6, часто используется в таких областях, как судостроение, автомобилестроение и строительство трейлеров.

Подготовка титана и его сплавов под сварку

Процесс изготовления любых полуфабрикатов и заготовок из титана и его сплавов связан с термической обработкой металла. Это значит, что на поверхности изделий содержится плотная оксидно-нитридная пленка, без разрушения которой сварочные работы будут невозможны или неэффективны. Поэтому процесс подготовки к сварке имеет такую последовательность:

1. Подгонка заготовок, кромкование в случае необходимости.
2. Механическая обработка (шлифование) подготовленных кромок, а также прилегающих к ним поверхностей.
3. Химическая обработка стыка. Для растворения остаточных пленок используется смесь дистиллированной воды, соляной кислоты и фторида натрия в пропорции 13:7:1. Время воздействия на металл составляет 5-10 минут, необходимая температура – около 60℃.
4. Окончательная обработка. Непосредственно перед сваркой стык и прилегающие к нему зоны (шириной до 25 мм) зачищают металлической щеткой до характерного блеска, после чего обезжиривают спиртосодержащими составами.

Правильно проведенные подготовительные операции сводят к минимуму вероятность появления полостей в сварочном шве, его растрескивание или разрушение под нагрузкой, позволяют сформировать однородную устойчивую сварочную ванну.

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.

Поиск лучшего совпадения

Выбирая присадочный металл для алюминия, вы обнаружите, что универсального решения не существует. Условия эксплуатации и конечное использование сварной детали являются решающими факторами для правильного выбора.

Проконсультируйтесь с проверенным производителем присадочного металла или поставщиком сварочного оборудования для получения поддержки и определения наилучшего варианта классификации присадочного металла.

В то время как один присадочный металл может обеспечивать более высокую прочность или ударную вязкость, другой может обеспечивать лучшую коррозионную стойкость или пластичность. Цель состоит в том, чтобы выбрать алюминиевый сплав, который позволяет получить сварной шов, наиболее отвечающий требованиям продукта и его предполагаемому использованию.