Электроды для наплавки бронзы на сталь

Обновлено: 30.04.2024

Наплавка меди и ее сплавов на стали и чугуны применяется для восстановления изношенных и получения новых биметаллических деталей машин. По технологии наплавки детали делятся на пять групп: 1) с плоскими наплавляемыми поверхностями; 2) цилиндрической формы с наружными или внутренними наплавляемыми поверхностями; 3) формы диска с боковыми наплавляемыми поверхностями; 4) конусной формы с наружными или внутренними наплавляемыми поверхностями; 5) типа сфер с внутренними или наружными наплавляемыми поверхностями.

Наплавка плоских деталей производится с перекрытием валиков на 1/8 их ширины. Для этого Электрод перемещают по зоне перехода предыдущего наплавленного валика к основному металлу.

Наплавка деталей цилиндрической формы, особенно малого диаметра, усложнена трудностью удержания металла ванны и формирования сварочного шва. При наплавке деталей формы дисков круговыми валиками, а сфер и конусов кольцевыми основной трудностью является регулирование скорости наплавки с изменением диаметра наплавляемых валиков.

При наплавке внутренней сферы и смещении электрода с нижней точки «на подъем» в сторону, обратную вращению, расплавленный металл стекает в хвостовую часть сварочной ванны. Эго приводит к значительному провару основного металла и повышению его доли в наплавленном. В случае смещения электрода в сторону вращения сферы наплавляемый металл подтекает под дугу, что значительно уменьшает глубину провара.

Смещение электрода больше оптимального значения приводит к отсутствию проплавления основного металла и отделению от него наплавленного валика. Поэтому при наплавке сферических тел вращения медью и ее сплавами, обладающими высокой жидкотекучестью, качество наплавки определяется точностью смещения электрода с зенита. Для определения зенита применяется уровень, который закрепляют на дву^ опорах, расположенных в одной плоскости под углом 60°, а между ними находится фиксатор в виде стержня. Такая система устанавливается по уровню на сферу, а опускаемый вниз фиксатор указывает зенит, от которого ведут отсчет смещения электрода.

При наплавке сферы от максимального радиуса к ее центру уменьшают смещение электрода с зенита. Этб, без изменения остальных параметров режима, приводит к увеличению глубины проплавления основного металла и повышению его доли в наплавленном. Для восстановления прежней глубины провара увеличивают угол наклона электрода вперед и повышают число оборотов наплавляемой детали. .Наплавку выполняют в среде защитных газов плавящимся электродом на постоянном токе обратной полярности стандартными сварочными автоматами, снабженными горелками типа ГУ. Наплав - камеди и ее сплавов может выполняться также и под флюсом.

Большей частью наплавка производится проволоками; МІ; МНЖКТ 5-1-0,2-0,2; БрХ0,7; БрКМцЗ-1; БрАМц9-2; БрХНТ; БрНЦр; БрОФ6,5-0,15 и др. При сварке в защитных ' средах газы, а также флюсы применяются такие же, как и для сварки меди. Смешивают газы в смесителе СМГИ-2 или в других, обеспечивающих точный состав смеси. Режим наплавки: /св = 400. 450 А, (Уд = 30. 34 В, усв = 18. 22 м/ч, d3 = =3 мм, расстояние горелки от наплавляемой детали 25—30 мм, расход защитной смеси 25—30 л/мин.

Для наплавки алюминиевых бронз с регулируемым химическим составом применяют две разнородные проволоки — медную сварочную и алюминиевую легирующую. Скорость подачи алюминиевой легирующей проволоки, определяется по следующей зависимости:

^подА = ^подм (CaDm/CmDa) 1,05,

гДе УподА и V подм—скорости подачи алюминиевой легирующей и медной сварочной проволоки, м/ч; Сд и См— содержание алюминия и меди в наплавленном металле, %; ЬА и Dm—диаметры алюминиевой и медной проволоки, мм; 1,05 — коэффициент потерь.

При наплавке разнородными лентами вместо диаметра про - волоки в формуле ставится площадь сечения ленты (мм2).

Рис. б. З. Установка для наплавки цилиндрических деталей малого

Наплавка производится в среде защитных газов на постоянном токе обратной полярности. Алюминиевая легирующая проволока может быть как обесточенная, так и одноименного потенциала с наплавляемой деталью. Такой способ наплавки позволяет при необходимости изменять состав наплавляемой бронзы и особенно пригоден при наплавке больших объемов металла.

Детали небольшого диаметра наплавляют на установке (рис. 6.3) под слоем керамического флюса КМ-1 расщепленным плавящимся электродом. Установка состоит из станины /, электродвигателя 2 с редуктором и патроном для крепления наплавляемых деталей, направляющих 3, сварочного трактора 4, флюсосборника 5, задней бабки 6 для крепления наплавляемой детали 8 н флюсоудержателя 7. Огневую часть трактора можно перестраивать для крепления сварочной горелки ГУ-3 и для наплавки расщепленным электродом под слоем флюса. Наплавка производится после механической обработки поверхности цилиндрических деталей диаметром от 40 до 100 мм, длиной от 500 до І500 мм по винтовой линии.

Детали диаметром от 40 до 60 мм наплавляют в смеси аргона и азота с кислородом плавящимся электродом (проволока БрКМцЗ-1) диаметром 2 мм. При большем диаметре наплавляемых деталей используется проволока диаметром 3 мм. Детали диаметром более 70 мм можно наплавлять также под керамическим флюсом КМ-1 или другими расщепленным электродом диаметром 2,5 мм.

Наплавку деталей диаметром 40—60 мм выполняют горелкой ГУ-2,5. Диаметр сварочной проволоки 2 мм. Режим наплавки: /св - 280. 320 А, СУд — 24. 2Є В, усв = 12. 16 м/ч, длина дуги /я= (0,8. 1,2) d,, гдеd9—диаметр сварочной проволоки, расход газа 20—25 л/мин. Детали диаметром более 60 мм наплавляют горелкой ГУ-3. Режим наплавки: /св = =380. 420 A, Uд= 26. 30 В, исв= 12. 16м/ч, ds — Змм, расход газа 25—30 л/мин. Длина дуги должна находиться в таких же пределах, как и при наплавке электродной проволокой диаметром 2 мм. Наплавка производится на постоянном токе обратной полярности от выпрямителя ВДУ-504.

Под керамическим флюсом детали наплавляют на постоянном токе обратной полярности от выпрямителя ВДУ-1201 с балластными реостатами РБ-300 в цепи дуги. Режим наплавки: /св — 400. 450 A, Uд = 38. 42 В, vCB — 16. 18 м/ч.

В различных отраслях промышленности широко применяются изделия из чугуна с контактными поверхностями из меди и ее сплавов. Наиболее производительным способом получения таких поверхностей является наплавка, однако при наплавке железо основного металла не смешивается с наплавленной бронзой и концентрируется в верхних слоях металла. Такие железные включения обладают твердостью цементита и резко ухудшают качество наплавленного металла.

удаляется в шлак

При содержании основного металла в наплавленном до 5 % его равномерное распределение достигается легированием наплавленного металла никелем или наплавкой под керамическим флюсом, содержащим медную окалину и кремнезем. В этом случае происходит реакция

2Cu [Fe] + 2Cu + Si02

железо в составляющие меди и ее керамического сплавах. флюса

Комплексное соединение Fe2S! o.)( удаляясь в шлак, освобождает наплавленный металл от железных включений.

В случае необходимости для уменьшения доли основного металла в наплавленном производится наплавка в кристаллизаторе, который может быть стационарным или движущимся вместе с огневой частью сварочного автомата. Кристаллизатор увеличивает скорость охлаждения металла и повышает отвод тепла из зоны дуги. Это снижает глубину провара основного металла и его содержание в наплавленной меди и ее сплавах.

Такой способ позволяет регулировать глубину провара, а следовательно, получать наплавленные на чугун медные сплавы с минимальными включениями железа основного ме
талла. Наплавка в кристаллизаторе производится как под флюсом, так ив среде защитных газов плавящимся электродом. При необходимости наплавку можно выполнять неплавящимся электродом с подачей в кристаллизатор шихты в виде бронзовой стружки и раскислителей, например, переплавленной буры. Качество наплавки контролируют внешним осмотром, а толщину наплавленной бронзы при необходимости проверяют за сверловкой.

Наплавка цветных металлов и сплавов

Наплавку меди или бронзы на стальные, медные и бронзовые детали осуществляют ручной дуговой сваркой покрытыми электродами, дуговой сваркой в инертных газах неплавящимися вольфрамовыми электродами и угольными электродами с применением защитного флюса, нанесенного на присадочный пруток. Для наплавки используют электроды со стержнем из меди или бронзы. Применяют электроды марки К-100 («Комсомолец-100») со стержнем из меди М.1 и покрытием, замешанным на жидком стекле и состоящим из ферромарганца (47,5%), полевого шпата (12,5 %), плавикового шпата (15 %) и кремнистой меди (20 % ) Этими электродами сваривают медные детали между собой или выполняют наплавку меди на сталь.

При наплавке меди на медь применяют предварительный подогрев до температуры 300—500 °С, так же, как при сварке меди. Наплавленный слой подвергают проковке.

Применяют наплавочные электроды марки ЗТ со стержнем из кремнистой бронзы марки БрКМцЗ-1. Металл, наплавленный этими электродами, близок по химическому составу и свойствам к кремнистой бронзе. Наплавку выполняют короткой дугой, постоянным током обратной полярности. Для получения наплавленного металла нужного состава бронзовый стержень электрода подбирают другой марки с соответствующим составом покрытия.

Наплавку неплавящимся (вольфрамовым) электродом в азоте или в аргоне производят с применением присадочного металла из меди или ее сплавов в зависимости от требуемого состава наплавленного металла. Для наплавки употребляют азот особой чистоты и арі он высшего сорта (по ГОСТ 9293—74* и 10157—79*). Устойчивость дуги в азоте ниже, чем в аргоне, поэтому предпочтение отдается аргону, несмотря на его большую стоимость. Для такой наплавки можно использовать лантанированные вольфрамовые электроды, обладающие хорошей устойчивостью. Наплавку на сталь производят при минимальной погонной энергии и с минимальной глубиной проплавления стали. Для этого часто используют дополнительное охлаждение стали водой с обратной стороны, что ускоряет кристаллизацию наплавляемого слоя и предупреждает появление трещин в стали.

Наплавку меди и ее сплавов на сталь можно производить угольным электродом, используя в качестве присадочного металла медные или бронзовые прутки (марок МО, Ml, БрКМцЗ-1) Для улучшения процесса и качества наплавки эти прутки покрывают защитным флюсом (например, состоящим из 95 % порошка буры и 5% металлического магния, смоченных жидким стеклом) Для предупреждения науглероживания стали сварку ведут длинной дугой со скоростью более 15 м/с во избежание расплавления основного металла. Качество наплавки невысокое, поэтому такой способ не получил распространения. Для улучшения качества рекомендуются проковка шва при температуре 550—800 °С и быстрое охлаждение в воде.

1. Для чего производится наплавка металлов?

2 Какие способы ручной наплавки вы знаете?

3 Нужно наплавить изношенные зубья ковша экскаватора. Какими электродами это можно сделать?

4 Требуется наплавить изношенные ножи металлорежущих ножниц Что нужно для выполнения этой работы?

5 Какой способ ручной дуговой наплавки вы выберете для исправления изношенного бронзового подшипника?

6 Что такое стеллиты, сормайты, вокар? Какая разница между стеллитом и сталинитом?

Основные способы дуговой наплавки цветных металлов и сплавов

Главная > Полезная информация> Основные способы дуговой наплавки цветных металлов и сплавов

Ручная дуговая наплавка:

Электроды для наплавки 13КН/ЛИВТ, КПИ РИ-1, ОЗИ-3, ОЗИ-6, ОЗН/ВСН-9, ОЗН-300М, ОЗН-400М, ОЗН-250У, ОЗН-300У, ОЗН-350У, ОЗШ-3, ОЗШ-6, ОЗШ-8, Т-590, Т-620, ЦН-6Л, ЦН-12М, ЦН-14, ЦН-24, ЦНИИН-4, ЭА-48М/22 вы можете заказать позвонив по телефонам, 967-13-04

Ручную дуговую наплавку экономично применять при незначительном объеме наплавочных работ, а также при выполнении наплавки в различных пространственных положениях. Основное внимание при ручной дуговой наплавке стальными электродами (Рисунок 1) уделяется подготовке деталей к наплавке. Качество наплавочных работ в значительной степени зависит от состояния наплавляемой поверхности, поэтому все детали должны быть предварительно очищены. После очистки поверхности детали определяют величину и характер износа, наличие трещин, вмятин и т. п.

При выполнении любых наплавочных работ твердость и износостойкость наплавленного металла зависят от марки наплавочных электродов, химического состава основного металла, режима наплавки и количества наплавляемых слоев.

Недостатками ручной дуговой наплавки является ее относительно малая производительность, тяжелые условия труда, непостоянное качество наплавленного слоя. Повышения производительности при ручной дуговой наплавке можно добиться применением электродов больших диаметров, присадочного прутка, пучка электродов.

Рисунок 1. Схема ручной дуговой наплавки голым электродом (медь и ее сплавы)

Рисунок 2. Схема ручной дуговой наплавки покрытым электродом

Дуговая наплавка в защитном газе плавящимся электродом

Наплавка в защитных газах характеризуется универсальностью процесса: возможность наплавки во всех пространственных положениях, на объекты сложной геометрической формы без применения каких либо специальных приспособлений в зависимости от условий наплавки.

Наплавка в защитных газах целесообразна в тех случаях, когда невозможна или затруднена наплавка под флюсом.

При наплавке плавящимся электродом в защитных газах (Рисунок 3) сварочная ванна защищена от воздуха. Количество газа, которое необходимо подавать для оттеснения воздуха от сварочной ванны, зависит от ряда факторов: теплофизических свойств защитного газа, параметров наплавки (силы сварочного тока, напряжения на дуге, вылета электрода, скорости наплавки и т. д.) и конструкции газоэлектрической горелки.

Рисунок 3. Схема наплавки в защитном газе плавящимся электродом

В качестве защитных газов при наплавке (сварке) цветных металлов и сплавов применяют аргон, гелий или смесь инертных газов. При наплавке меди и ее сплавов можно применить азот. Для повышения стабильности горения дуги и отвода кислорода в защитный газ добавляют водород в количестве от 2 до 5 %.

Наплавку в защитных газах проводят обычно на постоянном токе обратной полярности. Это обеспечивает лучшую устойчивость горения дуги, мелкокапельный перенос металла, меньшее разбрызгивание.

При наплавке в защитных газах необходим мелкокапельный перенос электродного материала, при котором повышается стабильность горения дуги, уменьшается разбрызгивание, улучшается формирование шва. На характер электродного материала оказывает влияние совокупность следующих факторов: воздействие на металл электрических и магнитных сил, сил тяжести, поверхностного натяжения металла, давления выделяющихся из металла паров и газов. Степень влияния каждого из перечисленных факторов зависит от рода и полярности тока, режимов наплавки, материала электрода, состава дуговой атмосферы и т. д.

Увеличение производительности наплавки ограничивается диапазоном сварочного тока; увеличение тока приводит к повышению разбрызгивания наплавляемого металла, ухудшается формирование наплавляемого валика, в целом процесс наплавки начинает проистекать нестабильно.

Дуговая наплавка под флюсом

По-сравнению с наплавкой в защитных газах, наплавка под флюсом характеризуется высокой производительностью, минимальным (0,5-3%) коэффициентом потерь электродного металла. Кроме того, закрытая дуга позволяет избежать применения каких-либо дополнительных средств защиты от ее теплового и светового излучения, брызг и возможных выплесков металла из сварочной ванны.

В общем случае при наплавке под флюсом (Рисунок 4) дуга горит между электродом и изделием, к которому подведен ток, и образует на поверхности изделия ванночку расплавленного металла. Наплавляемый участок покрывает толстый слой сыпучего флюса. Дуга частично расплавляет флюс и горит внутри полости с эластичной оболочкой из расплавленного флюса – шлака. Расплавленный шлак надежно изолирует жидкий и перегретый металл от газов воздуха, предупреждает разбрызгивание и способствует сохранению тепла дуги. После затвердевания металла образуется наплавленный валик, покрытый шлаковой коркой и нерасплавившимся флюсом.

Рисунок 4. Схема наплавки под флюсом

Для наплавки (сварки) меди применяют плавленые флюсы марок АН-348А, ОСЦ-20С, АН-26С и бескислородные фторидные флюсы, например, марки АН-М1.

Для наплавки (сварки) титана и титановых сплавов применяют бескислородные флюсы АНТ-1, АНТ-3, АНТ-7 системы СаF2 – BCl2 – NaF.

Газопламенная наплавка

Наплавка — это процесс нанесения присадочных металлов на основной слой металла, верхний слой которого расплавляется на незначительную глубину. Наплавка используется для придания поверхностному слою металлов особых свойств, таких как: твердости, коррозионной стойкости, устойчивости к износу и т.д. Наплавку осуществляют с использованием металла того же состава, что и основной металл, или другим, который может отличаться по химическому составу и физическим свойствам от основного металла. Например, на детали из чугуна и стали наплавляют цветные металлы (бронзу, латунь, медь), чугун и легированные стали, а также некоторые специальные твердые сплавы. Чтобы получить требуемую глубину проплавления поверхности следует регулировать степень нагрева как наплавочных, так и основных металлов. В случае использования газопламенной наплавки регулировать степень нагрева присадочных и основного металлов намного легче, благодаря возможности их раздельного нагрева. Кроме того, газокислородное пламя защищает наплавочный металл от его окисления воздухом и испарения элементов, которые входят в состав наплавляемых металлов.

Одним из основных недостатков газопламенной наплавки — низкая производительность, в сравнении с дуговой и повышенная зона нагрева поверхности основного металла, что зачастую приводит к возникновению деформаций и остаточных напряжений в деталях. Поэтому, чаще всего газопламенная наплавка используется для обработки деталей небольших размеров. При этом, поверхность основного металла предварительно нагревают, но не доводят до расплавления. Потом подается присадка и, за счет ее расплавления, производится наплавление металла, за счет его растекания по поверхности. Очистка от окислов наплавляемой поверхности производится с помощью флюсов, которые используются как при газосварке, так и пайке.

Газопламенная наплавка может быть как однослойной, так и многослойной. При этом технология нанесения припоя практически не отличается, с одной только особенностью, что после нанесения первого слоя припоя, разогревание поверхности обрабатываемой детали не происходит. Предварительному подогреву подвергается нанесенный слой присадки. При использовании порошкообразных флюсов, их наносят вручную, и первый слой припоя наносится слоем не более полу-миллиметра. Таким же образом наносят последующие слоя, до получения валика необходимой высоты.

Особенности наплавки алюминиевой бронзы на низкоуглеродистую сталь

Как известно, основные проблемы получения бронзового высококачественного покрытия на низкоуглеродистой стали связаны с образованием в процессе наплавки различных микро - дефектов и, в первую очередь, трещин на границе «сталь-бронза». Указанные дефекты существенно снижают общую работоспособность антифрикционного покрытия.

При наплавке бронзы на сталь в зоне сплавления и в наплавленном металле вследствие окисления элементов сплава, например алюминия [9], наблюдается образование оксидных включений, способствующих зарождению газовых пор.

Результатом газового анализа установлено содержание кислорода, водорода и азота в наплавленном и исходном состоянии для бронзы Бр Амц 9-2 (таб.1) [10].

Содержание кислорода, водорода и азота в наплавленном и исходном состоянии для бронзы Бр АМц 9-2

Проволока Бр АМц 9-2

Наплавленный металл Проволокой Бр АМц 9-2

На концентрацию кислорода в наплавленном металле влияет наличие в свободном состоянии алюминия, являющегося эффективным раскислителем. Поэтому содержание кислорода в наплавленном металле меньше, чем в исходном.

При дуговом процессе наплавки интенсивное поглощение азота осуществляется жидким металлом сварочной ванны и зависит от времени

пребывания расплава в жидком состоянии, а так же от степени чистоты используемого защитного газа [11].

В металле, наплавленном проволокой Бр А Мц 9-2 могут присутствовать окислы меди различной валентности. Они находятся в виде пленок (размером 10. 50 мкм) и отдельных включений неправильной формы (размером 3. 7 мкм) [10].

Источником водорода, отрицательно влияющим на качество наплавленного слоя является повышенная влажность защитного газа и его повышенное содержание в присадочной проволоке. В этом случае причиной пористости становится абсорбация водорода. При увеличении степени легирования и повышенном содержании связующих веществ, вероятность порообразования снижается [12].

При воздействии легирующих элементов бронзы с кислородом в сварочной ванне появляются оксиды, которые могут быть инициаторами трещин [13].

Легирование алюминиевых бронз такими металлами, как Mn, Fe и Ni, существенно уменьшают их склонность к газонасыщению при высокотемпературном нагреве и вероятность образования оксидных включений [14]. Следует учитывать, что содержание железистых составляющих в наплавленном металле определяет распределение микротвердости по высоте наплавленного слоя [15,16]

За счет быстротечности процесса нанесения плакирующего слоя окислы полностью не удаляются из него. Использование комбинированных дуговых способов нанесения покрытий позволяет снизить тепловложение в основной металл, что способствует уменьшению глубины проплавления последнего. Глубина проникновения зависит не только от свойств наплавляемого и основного металла, но и от возникающих в процессе наплавки дефектов в виде включений, диффузионных и кристаллизационных прослоек, и дефектов металлургического происхождения [17].

Учитывая значительную зависимость конечного состава наплавленного металла при дуговой наплавке от процессов окисления, происходящих в дуге и сварочной ванне, а так же от полноты перемешивания расплавленных составляющих присадочной проволоки, необходимо обратить особое внимание на выбор параметров режима наплавки.

Один из основных факторов, обусловливающих сложность наплавки бронзовых сплавов - высокая склонность к трещинообразованию.

Образование трещин зависит от технологии ведения процесса наплавки, параметров режима наплавки, состава присадочной проволоки и класса стали. Стойкость бронз против образования горячих (кристаллизационных) трещин, при прочих равных условиях, зависит от эффективного интервала кристаллизации. Чем уже этот интервал, тем стойкость к образованию горячих трещин выше, что соответствует общим представлениям о склонности металлов и сплавов к образованию горячих трещин [18]. Установлено, что алюминиевые бронзы имеют интервал кристаллизации от 20 до 30 °С, медно - никелевые - от 65 до 70 °С, оловянные бронзы около 150°С.

Возникновение кристаллизационных трещин в процессе наплавки бронзы на сталь, в значительной степени связано с содержанием железа в шве, что отрицательно сказывается на характере кристаллизации сплава, из-за превышения критической величины растягивающих напряжений [19, 20].

Помимо зоны сплавления в сечении наплавленного шва можно выделить следующие зоны: зона сплавления, зона термического влияния стали, околошовная зона и зона термического влияния бронзы. Наиболее критичной с точки зрения образования трещин является зона термического влияния стали. Протяженность зоны термического влияния стали зависит от исхрдного состояния стали и составляет 1,4. 2,1 мм. В данной зоне можно выделить участки, характеризующиеся свойственной им микроструктурой и размером зерна. К ним относятся: участок оплавления зёрен, участок с признаками перегрева, участок неполной перекристаллизации и т. д. Чем выше температура нагрева и скорость охлаждения металла зоны термического влияния соединения, тем значительнее изменение его структуры и, соответственно механических свойств. Металл зоны, прилегающей к наплавленному шву, после процесса наплавки характеризуется низкими пластичностью (§= 2 - 4 %) и ударной вязкостью (ан =150 кДж/м2).

При наплавке на границе зоны сплавления в стали имеются искажения кристаллической решётки, характеризующиеся накапливанием избыточной свободной энергии по границам зёрен стали в местах наибольших искажений. Это приводит к увеличению скорости диффузии атомов бронзы. Под действием диффузии происходит заполнение освободившегося объёма бронзой. По мере снижения температуры расплава в процессе кристаллизации под действием упругих напряжений сжатия объём проникновения бронзы в сталь увеличивается.. [19, 20].

Увеличение содержания углерода приводит к проникновению меди в поверхностные слои стали. Диффузия углерода из растворенного медью слоя стали вызывает неоднородность углерода в зоне сплавления. Степень неоднородности распределения углерода зависит от его исходного содержания в стали, времени контакта с жидкой бронзой, а так же от параметров режима наплавки [21].

Зона термического влияния бронзы обычно имеет крупнозернистую структуру с постепенным уменьшением зерна по мере приближения к зоне сплавления. Ширина зоны для сплавов составляет 2,2. 4,1 мм. Содержание железа на границе сплавления максимально (0,4. 0,8%) ,а по мере удаления от зоны сплавления падает до нуля [22].

Наряду с образованием трещин в зоне термического влияния, в зависимости от способа наплавки бронзы повышается склонность к образованию холодных трещин в околошовной зоне стали. Такие трещины образуются в твёрдом состоянии на расстоянии 0,5. 5 мм от границы сплавления. Установлено, что их образование зависит от пластических свойств при повышенных температурах. Различная склонность бронз к образованию трещин в околошовной зоне определяется различным уровнем пластических свойств при повышенных температурах. Для различных сплавов величина температурного интервала 250. 700°С. В данном интервале наблюдается резкий провал пластичности. Минимальным уровнем пластических свойств обладают медноникелевоалюминиевые сплавы и оловянные бронзы, максимальным марганцево-алюминиевые бронзы. Повысить характеристики пластичности при температуре выше 300°С позволяет добавление микролигирующих добавок. Наиболее эффективна комплексная добавка (бора 0,5 % и ванадия 0,5 %). Введение этих компонентов позволяет повысить величину относительного удлинения бронзы в интервале провала пластичности до 20%. А именно, чем ниже уровень пластических свойств, тем больше склонен сплав к образованию трещин в твердом состоянии. Минимальная величина относительного удлинения в температурном интервале провала прочности бронз Smin может служить количественной характеристикой склонности к образованию трещин в твердом состоянии. Предлагается следующая оценка свариваемости медных сплавов в зависимости от уровня Smin.: хорошо свариваемые сплавы - 8min > 20 %, удовлетворительно - от 6 до 20%, ограничено - от 2 до 5,9%, плохо или не свариваемые - менее 2% [18].

Хорошо наплавляемые сплавы не требуют применения специальных технологических приемов. При нанесении удовлетворительно наплавляемых сплавов желательно не создавать большой сварочной ванны и отслеживать температуру подогрева образца в процессе наплавки. Наплавку ограниченно наплавляемых сплавов рекомендуется производить на минимальной погонной энергии с охлаждением металла соединения после выполнения каждого прохода. [18].

Полная оценка наплавки бронзы должна производиться с учетом ее стойкости к образованию, как кристаллизационных трещин, так и трещин в твердом состоянии.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Читайте также: