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.
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.
