Можно ли варить бронзу дуговой сваркой

Обновлено: 08.05.2024

В состав латуни разных марок входит цинк. Содержащиеся в этом сплаве легирующие элементы отрицательно влияют на процесс сварки и вызывают определённые изменения в её физико-химических свойствах.

Особенности сварки латуни

Главная проблема состоит в том, что цинк быстро закипает и выгорает. Дело в том, температура плавления цинка (420 градусов по Цельсию) ниже, чем у основного металла (700 градусов). Такая разница в температурах приводит к плавлению и выгоранию цинка. В результате формируются оксиды цинка. Часть из них испаряется в виде ядовитых газов, поэтому крайне важно соблюдать технику безопасности и работать только в респираторе. Другая часть оседает на поверхности соединяемых деталей в виде белого порошка, что усложняет процесс сварки. Данная проблема чаще всего возникает, если проводить работу в домашних условиях.

Выгорание цинка в дальнейшем отразится на эксплуатационных показателях планируемой конструкции.

Во время сварки может произойти попадание свободного водорода в сварочный шов. В результате химической реакции образуются поры в структуре шва. Это негативно отразится на качестве шва, может привести к появлению трещин и нарушению целостности всей конструкции.

Чтобы не допустить возникновения перечисленных выше проблем, необходимо соблюдать оптимальную температуру при работе с латунью. Если не допустить сильных перемен физического состояния цинка, тогда удастся выполнить прочное соединение свариваемых деталей. Рекомендуется применять большую подачу кислорода, которая не допустит образования пор.

Чтобы не допустить образования окиси, используют специальные насадки, например, кремниевые.

Подготовка к сварке

Подготовка латунных деталей имеет много общего с подготовкой меди. Главное отличие в том, что небольшие заготовки из латуни не подвергаются предварительному нагреву. Толстые детали можно подогреть только в месте будущего шва. Такая обработка позволяет повысить качество работы и прочность всей конструкции.

Необходимо провести правильную подготовку кромок. Если толщина используемой заготовки не превышает 1,5 мм, то проводится отбортовка. Благодаря этому, в два раза возрастает толщина заготовки, из-за чего возрастает и прочность сварочного шва.

Если толщина кромок находится в диапазоне от 1,5 до 6 мм, тогда нет необходимости проводить их обработку. Но в этом случае необходимо использовать подкладки и установить зазор шириной в 2 мм.

Для металла толщиной более 6 мм применяется метод двусторонней проварки. Также в этом случае рекомендуется придать кромкам Х-образную форму, но это не всегда получается.

Способы сварки в домашних условиях

Существует несколько методов сварки латуни, однако, сама технология проведения работы почти не меняется. Существует пара общих правил:

скорость сварки должна быть высокой (от 15 см/мин);
нельзя исполнять потолочную сварку (латунь отличается высокой текучестью).

В основном выбор технологии сварки находится в зависимости от тех характеристик, которые хотят придать готовому изделию.

Аргоновая

Наиболее эффективным способом соединения латунных листов является аргоновая сварка. Её целесообразно использовать, если толщина свариваемых деталей не менее 5 мм. Работа выполняется в защите аргоновым газом.

Присадочную проволоку выбирают в зависимости от того, какие требования выдвигаются готовому изделию. Например, присадки марок ЛОК и ЛО повысят устойчивость шва к коррозии.

Электродуговая

Чаще всего в домашних условиях используют электродуговую сварку. Однако здесь есть несколько особенностей, которые обязательно нужно соблюдать.

Для начала нужно правильно подобрать электроды. Стержень должен быть из латуни или бронзы. Рекомендуется использовать марки ЛК 80-3 и КМц 3-1. Перед началом работы производится прогрев заготовок до 300 градусов.

Сварку проводят короткой дугой с применением постоянного тока обратной полярности. Это позволит снизить выгорание цинка. Специалисты советуют использовать соотношения, указанные в таблице.

Толщина заготовки (мм)	Сила тока (А)
до 3	180-200
3-5	240-270
5-10	400-450
10-16	500-550

После завершения процесса сварки обязательно проводят проковку сварочного шва. Для большей однородности химического состава проводится отжиг металла.

Газовая

Газовая сварка применяется в том случае, если описанные выше способы не приносят должного результата.

Данный метод гарантирует высокую прочность шва, но происходит испарение оксида цинка в больших количествах. Для преодоления этой проблемы в горелке нужно установить окислительное пламя, которое содержит много кислорода и малую долю водорода. Под воздействием такого пламени формируется оксидная плёнка, препятствующая выделению цинка в воздух.

Испарение цинка можно сократить, если при работе пользоваться флюсом БМ-1 или в качестве присадочного материала использовать проволоку, содержащую бор.

Технология сварки аргоном

Для начала нужно хорошо вспомнить технику безопасности при работе с латунью: при работе необходимо надевать респиратор, а саму сварку проводить в хорошо проветриваемом помещении.

Сначала проводят точечную приварку по всей линии шва, а затем детали сваривают полностью. Начинается работа с током малой мощности, которая постепенно повышается. В случае если латунь начинает искрить, силу тока нужно сократить.

Во время работы с присадочным материалом нужно соблюдать осторожность и терпеливость. Излишняя торопливость приведёт к тому, что горелка начнёт контактировать с основным материалом. В результате произойдёт испарение вредных газов, и возникает риск прожечь металл.

В завершение для лучшего внешнего вида сварочного шва проводится его зачистка металлической щёткой.

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.

Как выполняется сварка латуни, какие существуют технологии

Латунь не является чистым химическим элементом, это сплав, состоящий из цинка и меди. Нормы по количественному содержанию металлов в сплаве не существует, поэтому их процентное соотношение варьируется от 20% до 30% для каждого элемента. Зачастую в латуни можно обнаружить и некоторые другие элементы. Многокомпонентный состав подразумевает наличие олова, свинца, никеля, марганца или железа. Многие отождествляют понятия латуни и бронзы. С точки зрения металлургии это два разных сплава, у которых наблюдаются отличия как по физическим, так и по химическим свойствам.

В промышленном отношении все сплавы латуни подразделяются на два вида:

Однофазный сплав – сплав, в котором цинк присутствует в количестве, не превышающем 35%. Его еще называют сплавом «альфа». По физическим свойствам альфа отличается пластичностью. Изделия можно деформировать, не нагревая их предварительно.
Двухфазный сплав содержит гораздо больше цинка. Его доля может достигать 60%. Этот сплав называется «альфа-бета», он имеет прочную структуру. Изделия из двухфазной латуни отличаются своей прочностью. Чтобы изменить форму, необходимо повышать температуру изделия или увеличивать внешнее давление.

Можно выделить несколько традиционных препятствий, с которыми сталкивается каждый сварщик при проведении сварочного процесса. Основной проблемой является большой разрыв между температурами плавления металлов, входящих в состав сплава латуни.

Если для меди температура плавления составляет 1080°C градусов, то цинк плавится уже при 420°C, а при 905°C градусах цинк начинает кипеть (при нормальном давлении).

В результате действия электрической дуги цинк плавится и закипает. Из места формирования шва он постепенно испаряется и выгорает.

Цинк в процессе сварки реагирует с кислородом. Образовавшийся оксид в виде пленки покрывает деталь. Она образуется именно в зоне шва, но именно эта пленка препятствует нормальному сплавлению. Помимо этого, в латуни при нагревании быстро начинают появляться поры и трещины. Они обусловлены тем, что при повышении температуры начинается процесс поглощения водорода. В расплавленном металле он образует пузыри. В итоге пористая структура шва негативно сказывается на его прочности.

Если подытожить представленную теорию, можно выделить три основные проблемы, характерные для сварки латуни:

испарение и выгорание металла (цинка);
образование пор и трещин;
образование оксида цинка (белой пленки).

Подготовка

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

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

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

электродуговая сварка;
аргонодуговая сварка;
газовая (газопламенная) сварка.

Электродуговая сварка

Электродуговую сварку осуществляют инверторными аппаратами, работающими в режиме MMA. Для этого используют специальные электроды. От их типа зависит способ сварки. Различают сварку латунными или угольными электродами. Сварка латунными электродами ведется постоянным током прямой полярности. Для работы характерна короткая дуга при силе тока в 250 А, этот параметр приведен для электродов диаметром 5 мм. С такими показателями скорость наложения шва достигает 30 см в минуту. После наложения шва его подвергают ковке и разогреву до 600°C градусов.

Сварка угольными электродами предполагает использование графитированного расходного материала (толстопокрытых электродов). Они состоят из латунной проволоки, которая содержит в своем составе такие элементы, как марганец, железо, алюминий и кремний. Для изготовления покрытия применяются смеси жидкого стекла с сухими примесями. К наиболее популярным относят марганцевую руду, ферромарганец, меловую крошку, алюминий и графит.

При пользовании угольными электродами применяют присадку, покрытую специальными флюсами. Такая сварка ведется при вышеуказанных параметрах, однако они уже подходят для электродов сечением 10 мм. Можно выделить ряд обязательных условий, необходимых для получения прочного шва при ведении электродуговой сварки:

Заготовки толщиной от 6 мм следует локально нагревать перед наложением шва.
Тонкие листы свариваются за одни проход. при наложении нескольких слоев на заготовке в области шва начнут появляться трещины.
Ограничение по толщине для одного прохода составляет 3 мм.
Снизу или с внутренней стороны шва помещают подкладку из асбеста. Она нужно, чтобы предотвратить вытекание металла.

Аргоновая

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

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

При сварке необходимо получить длинную дугу. Сплошной шов исключается, так как в процессе его наложения может произойти сквозное прогорание металла. Шов формируется из отдельных валиков.

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

Достоинства аргонно-дуговой сварки можно сформулировать подробнее.

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

Газовая сварка латуни применяется в исключительных случаях. В основном ее ведут при отсутствии электричества или при невозможности вести электродуговую сварку. Сформированный шов получается достаточно прочным и качественным, но такой метод сопровождается интенсивным испарением цинка. Препятствием этого процесса может служить лишь окислительное пламя. В результате реакции соединения с кислородом образуется пленка на поверхности, которая предотвращает выход газа наружу.

При газовой сварке происходит сгорание в специальной горелке горючего газа. Его роль выполняет ацетилен, водород, природный газ, пары бензина или керосина. Наибольшей популярностью пользуется смесь ацетилена и кислорода, так как она имеет высокий показатель теплоты сгорания. Мощность пламени напрямую влияет на качество шва, поэтому перед выполнением работ необходимо настроить параметры сварки. Технология газовой сварки подразумевает разогрев в пламени присадочного материала. Прутик с присадкой всегда должен находиться в зоне высокой температуры, а сам шов накладывается с максимальной скоростью.

Проволока, играющая роль присадочного материала, не требует применения дополнительного флюса. Обычно используется кремнистая латунная проволока, она дает плотный и прочный шов. Избыточные шлаки необходимо смыть водой. Затем шов подлежит проковке, отжигу и медленному охлаждению. При ведении работ на вертикальной поверхности следует помнить о текучести металла.

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

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

Специфика сварки бронзы

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

Подготовительные работы и процесс

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

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

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

По краям соединяемых частей наносится флюс. Флюс можно использовать такой же, как и при сварке меди. Перед началом работы нужно выполнить предварительный нагрев примерно 300-350 градусов по Цельсию. К соединяемым деталям горелка подносится под углом 90 градусов. Чтобы избежать выгорания олова, нужно держать ядро огня на расстоянии 7-10 мм от места сварки деталей. В процессе сварки бронзы нужно перемешивать сварочную ванну присадочным прутком. Для того чтобы убрать возникающие окислы, периодически добавляется флюс. Далее проводят термообработку изделия и закаляют в холодном состоянии. Избавляются от остатков флюса при помощи серной или азотной кислоты.

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

Сварка бронзы аргоном

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

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

Опытные сварщики советуют выбирать диаметр электрода по следующей таблице.

Толщина металла (мм)	Диаметр электрода (мм)
2	2-3
3	4
4	4-5
5	5-6
6	5-7
7-8	6-7
9-10	6-8

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

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

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

Нужно помнить, что при соединении металла толщиной свыше 1,8 мм велика вероятность возникновения единичных пор. Они образуются на участке перехода ото шва к основе. Это происходит по причине того, что в бронзе находится растворённый водород, поступающий из аргона. Влага может находиться как в аргоне, так и на поверхности свариваемых деталей. Кроме того, материал поглощает водород в процессе отжига бронзы газом. Технический газ, которым проводят обработку, в составе содержит 12% водорода.

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

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

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

Особенности и проблемы сварки чугуна: как избежать трещин при остывании шва и добиться прочности соединения

Сварка чугунных сплавов делается несколькими методами. Каждый из них выбирается как баланс между стоимостью и сложностью работ и прочностью, которая требуется от шва. Это вызвано физическими особенностями чугунных материалов, которые резко отличаются от подавляющей части остальных сплавов и металлов.

Особенности сварки чугуна

Чугун – это железный сплав с большим содержанием углерода. Углерод придает стальным сплавам твердость, при содержании его свыше 2,14% получаемый сплав уже является чугуном. Поскольку углерод не является металлом, он не может образовать с железом кристаллических решеток и присутствует в виде вкраплений графита различных форм или входит с железом в химическую связь. Из-за графита чугун имеет пористую структуру, насыщается газами и впитывает масло.

При сварке чугуна проблемы начинаются сразу после образования шва. При остывании, особенно быстром, легко возникают трещины, вызванные закалкой и сильными напряжениями в металле. Образуется карбид железа (цементит), чугун “отбеливается”, получает высокую твердость и хрупкость. Поэтому после сварки необходимо поддерживать температуру 200-300°C, постепенно снижая ее, чтобы избежать образования цементита.

Помогает также введение никеля в материал шва. Он смешивается с железом в любых соотношениях. При этом не образуется карбидов и повышения твердости, что позволяет избежать трещин. Можно использовать для этих целей медь, но она не обеспечивает такой однородности шва, как никель.

Сравнительно невысокая температура плавления чугуна (от 1200 до 1250 градусов) приводит к его высокой текучести и ограничивает положения сварки – особенно сложно варить потолочные швы. Кроме того, повышено газообразование, которое продолжается даже при остывании шва.

Так называемый “горелый” чугун (бывший длительное время под действием высоких температур) сваривать невозможно из-за появления окислов кремния и углерода. Вообще чугунные детали предпочтительно менять и при использовании не допускать их разрушения.

Основные трудности при сварке чугуна:

образование трещин при остывании шва;
сильное повышение твердости в области шва;
выделение газов создает пористость шва;
текучесть ванны усложняет технологию.

Подготовка чугуна к сварке

Перед сваркой, особенно ответственных деталей, необходимо произвести подготовку металла. Для этого выполняется перечень работ:

очистка от грязи и масла для всех видов сварки;
разделка кромок для всех видов сварки;
установка шпилек для холодной сварки (при повышенных требованиях к прочности);
прогрев деталей для горячей сварки;
формовка ванны для горячей сварки.

Особенно тщательно следует удалять масло, применяя растворители или отжиг горелкой.

При разделке кромок необходимо выпилить все трещины. Если будут устанавливаться шпильки, то разделку кромок следует выполнить под углом. В кромках засверливают отверстия, нарезают резьбу и завинчивают стальные шпильки, по крайней мере, на два-три “калибра” (отношение длины к диаметру). Внешние концы шпилек должны допускать их проварку между собой.

Подготовительный нагрев деталей при горячей сварке производят постепенно, на 100-150 градусов в час. Так же медленно выполняют и охлаждение, подогревая детали с уменьшением температуры.

Варианты сварки чугуна и их краткие характеристики

В зависимости от требований к прочности и характера повреждений чугунных деталей применяют один из нескольких способов сварки.

Горячая сварка

Горячую сварку применяют в тех случаях, когда необходимо получить высокую обрабатываемость шва и близость его состава и структуры к остальной массе чугуна. Свариваемые части подготавливают, как описано выше, и прогревают до температуры 700°C. При необходимости перед нагревом устраивают форму из материалов, применяемых в литейном деле. Это требуется для сквозных и краевых (отколотых) повреждений. Шлифованные поверхности и резьбы следует защитить глиной.

Горячую сварку применяют для изделий большой массы в тех случаях, когда требуется повышенная прочность. Тепло для ванны получают либо от электрической дуги, либо от газовой горелки. Горячая сварка отличается от других видов самым большим объемом ванны (до 0.5-1 дм. куб.). Это требует устанавливать заготовки только в нижнее положение.

Присадочный материал для горячей сварки – чугунные электроды увеличенного диаметра (от 8 мм и более) или порошковая проволока.

Полугорячая сварка

Полугорячая сварка чугуна производится аналогично описанной выше горячей, но температура предварительного подогрева здесь ниже, около 300-350°C. Это способствует понижению скорости остывания металла после сварки.

При полугорячей сварке меньше степень “отбеливания” чугуна по сравнению с горячим способом, что способствует и меньшей опасности возникновения трещин. Кроме того, требуется меньше энергии на подогрев деталей.

Полугорячую сварку делают малоуглеродистыми стальными электродами с легирующими добавками или автогеном, добавляя для присадки чугунный пруток.

Холодная сварка

Наиболее часто для небольших повреждений применяется холодная сварка. Слово “холодная” здесь означает то, что предварительный подогрев свариваемых частей не производится. Это значительно упрощает процесс, хотя и не позволяет получить качества шва, достижимого при горячем способе. Но для мелких дефектов на ненагруженных деталях – корпусах механизмов, крышках и т. д. – данный способ вполне оправдан.

Для деталей, несущих нагрузку, можно применить усиление шпильками из стали, которые завариваются с внешней стороны и затем закрываются верхним швом. При холодной сварке стремятся как можно меньше нагревать металл и применяют стальные электроды небольшой толщины (3-5 мм). Для снижения нагрева применяют постоянный ток, а электрод подключают к плюсу аппарата (обратная полярность). Материал электродов должен содержать как можно меньше углерода. Но и без этого в шве образуется тонкий слой белого чугуна. Избавиться от него не помогает даже продолжительный отжиг.

Хорошие результаты дает применение никеля или монель-металла (никель 70%, медь 20%) в сварочных электродах, но этот способ дорог. Его следует применять в тех случаях, когда требуется последующее точение, шлифование или фрезерование детали. Но необходимо учесть, что механическая прочность “никелированного” чугуна снижается.

Основные способы сварки чугуна

Серый чугун можно варить несколькими способами. Чаще всего это дуговая сварка стальными или специальными электродами. Эти способы относятся к холодному методу сварки.

Ручная дуговая сварка плавящимися электродами

Самые мелкие повреждения чугунных деталей можно заварить обычными стальными электродами 3 мм с тонкой обмазкой. Перед сваркой очищают швы и выпиливают или вырубают трещины. Сварка ведется небольшим током 80-120 ампер.

Повреждения	Электроды	Дополнительно
Мелкие	Стальные	Поковка шва молотком
Средние	Медные
Крупные	Медные и никелевые	Усиление шпильками

Если требуется повысить качество шва при дуговом способе, то вместо трансформатора берется инвертор, так как он позволяет работать на постоянном токе. Это дает кое-какие дополнительные возможности, указанные в таблице ниже.

Полярность	Деталь	Электрод	Особенности
Прямая	Плюс	Минус	Увеличение нагрева детали. Небольшой расход электродов
Обратная	Минус	Плюс	Умеренный нагрев детали. Большой расход электродов

Причина такой разницы в физике процесса: положительный электрод сильно бомбардируется тяжелыми отрицательными ионами, что дает дополнительную энергию в общем балансе выделения тепла. Разница в температуре может достигать 700°C. В общем, за возможность избегать перегрева чугуна при электродуговой сварке приходится платить некоторую цену: тратить лишние электроды.

Применение трансформатора лишает сварщика возможности прогревать электроды разными способами, так как при переменном токе этой разницы нет – тепла выделяется поровну на каждом конце дуги. Кроме того, снижается стабильность дуги – на переменном токе она горит не все время.

Для уменьшения перегрева шва применяют движение электрода зигзагом или по кругу, как удобнее сварщику. Тепло при этом распределяется равномернее. Также полезно делить большие швы на меньшие участки, а в промежутках между выполнением участков давать остыть металлу до 80-50°C.

Чтобы повысить качество шва на чугуне, применяют электроды с добавлением меди, никеля или монель-металла (сплав меди с никелем). Наиболее простой и дешевый вариант: стальную проволоку Св-08 (Св-08А) обматывают медной проволокой и окунают в раствор силиката натрия (жидкое стекло). После высыхания обмазки можно варить.

Газовая сварка

Газ или электричество для сварки – это лишь способ нагрева, подвода энергии к сварочной ванне. Но из-за разницы в физике и химии этих процессов могут появиться технологические отличия. При сварке чугуна газом можно использовать ацетилен или пропан-бутановую смесь, но оба варианта с кислородом. Вместо электрода используется присадочная проволока из никеля или чугунный пруток. Чтобы избежать окисления, можно использовать обмазку присадочного материала флюсами (на основе буры), но часто бывает достаточно использовать прогрев металла восстановительной частью факела горелки.

Горелкой следует постепенно прогревать место вокруг сварки. Определить подходящую температуру в области шва (200-350°C) поможет только опыт сварщика. Добившись ее, производят сварку участка. Затем постепенно отводят горелку, избегая резкого остывания. Разумеется, газа тут расходуется заметно больше, чем при сварке стали, но это при газосварке чугуна неизбежно, иначе пойдут трещины.

Аргонодуговая

Аргонодуговая сварка чугуна возможна, но это слишком дорогой вариант, не дающий никаких особенных преимуществ перед другими видами сварки. Чугун не нуждается в такой тщательной защите от окисления, как, например, алюминий. Если все же приходится варить чугун аргоном, то здесь следует соблюдать те же правила:

избегать перегрева металла;
постепенно прогревать место шва;
постепенно охлаждать после сварки.

Все это приводит к большому расходу аргона. Поэтому для подогрева лучше использовать другие методы. Обычно это та же ацетиленовая горелка, что лишает смысла вообще варить аргоном. При сварке аргоном обычно используют неплавящиеся электроды или полуавтомат. В последнем случае его потребуется зарядить нужным типом проволоки, например, никелевой.

Иные варианты

Из прочих вариантов можно дополнить раздел о горячей сварке. Этот способ требует самого большого расхода энергии и подготовки форм для сварочной ванны большого объема. После очистки места для шва вокруг этого места (и при необходимости) снизу делают перегородки из огнеупорной глины. Для форм также используют графитовые пластины. Снаружи форма защищается коробкой из листового железа: это гарантирует, что ванна не разольется. Для предварительного нагрева и медленного охлаждения деталей используют печи (в старые времена для больших деталей использовали костер).

При холодной сварке больших деталей металл разделывается под углом 90 градусов, а в разделочные фаски вворачивают шпильки небольшой длины из малоуглеродистой стали. Верхние концы шпилек обеих половин шва обваривают между собой также сталью с малым содержанием углерода. Они придают шву значительную прочность. Сверху шов заваривают медным или медно-никелевым сплавом.

Читайте также: