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:

1. 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.
2. 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.

Особенности

Латунь поддается сварке, однако этот процесс считается технологически сложным. Входящие в ее состав компоненты в виде цинка и меди отличаются по физико-химическим свойствам, следовательно, по-разному себя ведут в одинаковых условиях. Несмотря на это сварка, в принципе, возможна. Если узнать все особенности поведения металлов, то можно осуществить сварку тривиальными способами, причем в домашних условиях. По своей технологии процесс похож на сварку меди.

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:

1. испарение и выгорание металла (цинка);
2. образование пор и трещин;
3. 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:

1. электродуговая сварка;
2. аргонодуговая сварка;
3. 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

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.