Особенности сварки бронзы и латуни

УДК 621.791; 669

ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ БРОНЗЫ И ЛАТУНИ

Я. А. Стаханова, А.В. Кутузова, А. Д. Гусев

Статья посвящена особенностям сварки бронзы и латуни, методам сварки, в том числе газовому способу, под флюсом, дуговому. Приведена классификация методов сварки.

Ключевые слова: металл, бронза, латунь, сварка, метод, газовая сварка, дуговая сварка.

Сварка как технологический процесс является часто применяемым, классификация видов сварки, согласно ГОСТ представлена на рисунке.

Латунь и бронза - это сплавы на основе меди, а ее теплопроводность в 6 раз больше, чем железа, вследствие чего сварка сплавов на основе меди имеет особенности и существенно отличается от технологии сварки стальных изделий [1, 2, 3].

Классы сварки по ГОСТ 19521-74

Термический

Термомеханический МеХЭНИЧеСКИЙ

Включает виды сварки, которые выполняются с плавлением соединяемых частей в зоне сварки с использованием тепловой энергии (дуговая, газовая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменная, лазерная и др.).

Включает виды сварки, которые производятся с использованием давления в сочетании с тепловой энергией (электроконтактная, диффузионная, газопрессовая и др.).

Включает виды сварки, которые производятся с применением механического усилия (энергии) и давления (холодная сварка, сварка взрывом, ультразвуковая сварка, сварка трением и др.).

Классификация видов сварки

Латунь и бронзу сваривают методами газовой и дуговой сварки [4, 5]. В последнем случае применяются два вида электродных стержней -угольные и металлические. Чаще всего используются металлические штучные электроды. В этом случае рекомендуется варить на прямом или обратнополярном постоянном токе. При работе с электродами диаметром 1 мм выставляется сила тока 30/40 А; 2 мм - 60/80 мм, 3 мм - 120/160 и т.д. Если применяются сварочные аппараты переменного тока, то для обеспечения стабильной электродуги силу тока повышают примерно наполовину

(75/80 А для электродов диаметром 1 мм). Если имеется осциллятор, то необходимость в увеличении силы отпадает. Рабочие кромки при сварке бронз разделывают под углом 75±15°.

Штучные электроды и сплошная проволока (для сварки полуавтоматами) должна иметь такой же химсостав, что и металл заготовок. Большая часть бронз литейных видов, когда нет особых требований к показателям механической прочности шва и его устойчивости к появлению ржавчины, сваривается бронзовыми электродами БрКМцЗ 1 (марганец - 1%; кремний - 3 %, медь - все остальное). В незначительной концентрации стержни электродов также содержат железо, никель и свинец. Алюминиевые бронзы соединяются при помощи металлических прутков, в составе которых имеется около 4% железа и 10% алюминия. Сварка бронз оловя-нистого типа проводится посредством электродов, содержащих 3% олова, 6/6,5% свинца, 8% цинка, по 0,3% никеля и железа, 0,2% фосфора. Для сварки остальных разновидностей бронз также применяют электроды, соответствующие по химсоставу свариваемому цветному металлу.

Угольные электроды предназначены для работы на постоянном сварочном токе с прямой полярностью. В данном случае на 1 мм диаметра электродного прутка необходимо подавать 30±5 А.

Напряжение электродуги при этом составляет 40/45 В. Используются угольные электроды диаметром 5/12 мм, чаще всего 6/8-миллиметровые стержни. При соединении деталей из алюминиевых бронз дополнительно применяют специальные флюсовые составы, активно взаимодействующие с оксидами алюминия. Такие флюсы равномерно наносят на присадочные прутки.

Для того чтобы удалить оксидные образования из сварной ванны прутком и электродным стержнем совершают поперечные движения зигзагообразного типа. Чтобы получить максимально прочные швы, рабочие поверхности бронзовых заготовок предварительно нагревают до 300±50°С.

Газовый метод сварки прежде всего используется в области ремонта литых деталей. При этом пламя должно иметь восстановительный, а не окислительный характер.

В последнем случае гораздо интенсивнее протекают процессы выгорания алюминия, олова и кремния. При газовой сварке бронз в качестве прутков-присадок применяются штучные стержни или сплошная проволока, близкие по основному составу к металлу свариваемых изделий. В расчет обязательно принимаются потери олова на выгорание. В прутках/проволоке его концентрация должна быть выше примерно на 1,5%, чем в заготовке для сварки. В качестве раскисляющего компонента в присадочные материалы добавляют 0,35±0,05% кремния.

Флюсы используются такого же типа по составу, как и при работе с латунью/медью. Исключение составляют алюминиевые бронзы - при их сварке в газовой среде пользуются флюсами, предназначенными для работы со сплавами алюминия.

При заваривании сквозных дефектов под низ деталей подводят пластины, выполненные из графитовых или асбестовых материалов. Это позволяет предотвратить вытекание расплава из области наложения шва. Разделка кромок должна иметь угол шовного раскрытия 75±15°. Форма разделки - У-образная.

Дуговая сварка латуни осуществляется металлическими электродами или проволокой в режиме БС-тока (полярность - прямая) посредством короткой дуги в горизонтальной позиции. Электроды/проволока имеют следующий химсостав (%): 1,0±05 - железо; 0,5 - фиксированная концентрация алюминия; 4,5±0,5 - марганец; 40±2,5 - цинк; 1 - другие примеси в незначительной концентрации, все остальное - медь. Для достижения качественного провара при использовании электродных стержней, имеющих диаметр 5 мм, необходим режим тока 260±10°С. После завершения сварочных работ полученные шовные соединения дополнительно проковывают с последующим высокотемпературным отжигом (625±25°С).

Кроме этого, сваривание определенных марок латуни (ЛО62/1, Л62 и схожие с ними) допускается проводить с помощью угольных электродов. В данном случае тоже используется ток БС с прямой полярностью. Напряжение электродуги должно составлять 35±5 В. Сваривать можно металлы толщиной от 3 до 16 мм в широком диапазоне силы тока - от 180 до 550 Ампер. В качестве расходных присадочных материалов рекомендуется выбирать прутки с трехпроцентным содержанием кремния, выполненные из латуни определенной марки - ЛК80/3. Кромки рабочих поверхностей проходят предварительную подготовку посредством стандартных механических методов.

Как правило, латунь сложнее сваривается дуговым способом. По этой причине ее чаще всего варят по газовой технологии. Чтобы максимально снизить потери цинка на испарение, швы накладывают с помощью пламени окислительного типа, которое содержит большое количество кислорода - 35±5%. При таком методе газовой сварки ванна расплава покрывается сплошной жидкой пленкой, состоящей из оксида цинка. Благодаря этому и удается минимизировать его потери путем испарения. При этом кислород действует как окислитель на основное количество водорода, содержащегося в пламени горелки. Из-за этого наплав меньше насыщается свободным водородом, что увеличивает прочностные характеристики швов.

При любом методе сварки латунные заготовки проходят предварительную подготовку - тщательно зачищаются напильником, наждачной бумагой или специальными стальными щетками. Когда поверхность кромок покрыта оксидным слоем, ее протравливают десятипроцентным жидким раствором кислоты азота с последующей промывкой в горячей воде. Кромкам придают такой же угол, как и при сваривании сталей.

Список литературы

1. Чвертко А.И., Патон В.Е., Тимченко В.А. Оборудование для механизированной дуговой сварки и наплавки. М., Машиностроение, 1981. 264 с.

2. Шебеко Л.П. Оборудование и технология автоматической и полуавтоматической сварки. М., Высш. школа. 1975, 344 с.

3. Сварка и резка в промышленном строительстве: справочник строителя в 2-х т. / под ред. Б. Д. Малышева. М.: Стройиздат, 1989. 990 с.

4. Виноградов В.С. Оборудование и технология дуговой автоматической и механизированной сварки: учеб. для проф. учеб. заведений. 3-е изд., стер. М.: Высш. шк., Изд. центр «Академия», 2000. 319 с.

5. Теория сварочных процессов: учебник для вузов / А.В. Коновалов, А.С. Куркин, Э.Л. Неровный, Б.Ф. Якушин; под ред. В.М. Неровного. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 752 с.

Стаханова Яна Александровна, студентка, tsngs Iisagmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Кутузова Анна Владиславовна, студентка, tsngs I isagmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Гусев Андрей Дмитриевич, студент, tsngs1is@,gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет

FEA TURES OF WELDING BRONZE AND BRASS I.A. Stakhanova, A. V. Kutuzova, A.D. Gusev

The article is devoted to the peculiarities of welding of bronze and brass, welding methods, including the gas method, submerged arc welding. The classification of welding methods is given.

Key words: metal, bronze, brass, welding, method, gas welding, arc welding.

Stakhanova Iana Aleksandrovna, student, tsngs1is@,gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,

Kutuzova Anna Vladislavovna, student, tsngs I isagmail. com, Russia, Tula, Tula State University,

Gusev Andrei Dmitrievich, student, tsngs I isagmail. com, Russia, Tula, Tula State University